余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システム
【課題】活性汚泥法を利用した排水処理施設において、余剰汚泥の発生を少なくし、余剰汚泥の減量化あるいは減容化を図れる余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システムを提供する。
【解決手段】曝気槽２から排出された汚泥を、高圧ポンプ１００と解砕化装置２００及び気液混合装置３００からなる余剰汚泥減容化装置５により、解砕化処理及び活性化処理を施して再度曝気槽２に返送する。
【解決手段】曝気槽２から排出された汚泥を、高圧ポンプ１００と解砕化装置２００及び気液混合装置３００からなる余剰汚泥減容化装置５により、解砕化処理及び活性化処理を施して再度曝気槽２に返送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性汚泥法を利用した排水処理施設において、余剰汚泥の減量化あるいは減容化を図ることを目的とする余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥法（長時間空気を吹き込み（曝気）十分な酸素を供給し、好気微生物群による排水中に存在する有機物を酸化分解・凝集・吸着・沈殿分離する最も代表的な排水・下水処理法）を利用した排水処理施設において、施設系外に除かれる余剰汚泥は搬出された後、埋め立てられるか、あるいは焼却処分されている。
【０００３】
しかし、発生する余剰汚泥量は、工場生産の増加などにより年々増加しており、近年埋め立て場所の限界、焼却処分による二酸化炭素及びダイオキシンの発生などの問題が生じており、汚泥処分費用を抑えるためにも余剰汚泥の減容化が要求されている。
【０００４】
この余剰汚泥の減容化の手法として、余剰汚泥を物理的あるいは化学的に処理することにより可溶化し、微生物による消化を促進する技術がある。しかしながら、例えばアルカリを使用した薬液を使用する場合は、酸で中和するなどの設備が必要になり、また薬液による二次汚染の問題も引き起こされている。また磨砕などによる物理的処理においても、磨砕材料の摩耗により材料の補充が常に必要であるため、併せて付帯設備の維持費用も高騰するなどの問題がある。
【０００５】
また、薬液を使用しない汚泥自体を物理的に細かく砕いてしまう可溶化技術では、例えば、そのような可溶化技術を利用して排出汚泥の減容化を図るものとして、特許文献１に記載の余剰汚泥減容化装置がある。
【０００６】
この余剰汚泥減容化装置によれば、汚泥を連続的に加圧しながら対向衝突または加圧した後、急減圧することによって、汚泥を可溶化し、この可溶化した汚泥を生物分解して排出汚泥の減容化を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記余剰汚泥減容化装置によれば、可溶化により微生物の消化効率は向上するものの、処理汚泥中には有用な微生物も多く存在しており、この微生物をも全部死滅させてしまって、結果的に曝気槽で再度消化するための負荷量、例えばＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）の増加になってしまい、実際の排水処理施設ではかえって負担になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、活性汚泥法を利用した排水処理施設において、余剰汚泥自体の発生を少なくし、余剰汚泥の減量化を図れる余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、活性汚泥法による排水処理施設において、曝気槽より排出される汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽から排出される汚泥の返送ラインを有する施設に利用される余剰汚泥の減量化、或いは減容化を図るための余剰汚泥減容化装置であって、上記余剰汚泥減容化装置は、上記汚泥を高圧圧送する高圧ポンプと、
この高圧ポンプにより高圧圧送された汚泥を可溶化することなく解砕化する解砕化装置と、この解砕化装置により解砕化された汚泥に空気を混合することによりこの解砕化された汚泥の溶存酸素濃度を増加し、上記曝気槽に返送する気液混合装置と、を備えるとともに、上記解砕化装置は、密閉ケースの一端に開口し、上記高圧圧送された汚泥を導入する導入口と、上記導入口から上記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、上記導入流路を分岐し、上記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、上記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、上記密閉ケースの他端から上記汚泥を噴射する複数の噴射口と、
上記複数の噴射口に連通し、上記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、上記汚泥で満たされた解砕化促進室と、からなることを特徴とする。
【００１１】
活性汚泥法を利用した排水処理施設において、本発明の余剰汚泥減容化装置を使用した場合には、次のようにして、余剰汚泥の減容化が図れる。
【００１２】
まず、この排水処理施設において曝気槽（微生物による消化を行うために空気を送り込む槽）内に曝気による酸素供給を行う。すると、この曝気槽内に生息する微生物、例えば、バクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物などの微生物の生物活性度が向上し、汚れの原因である有機物を捕食し汚水を浄化させる。曝気槽内の微生物の一部には、自身の出す粘液により有機物質を塊としたフロックを形成する。また、沈殿槽において静止水域内でこのフロックは沈降し、水と汚泥に分かれる（固液分離）。ここで、上澄み液は浄化された水として河川・下水道へ排出、若しくは中水としてリサイクルされる。フロック化した汚泥は汚泥貯留槽へ送られ余剰汚泥として抜き取られる汚泥と、曝気槽へ戻される返送汚泥に分けられる。フロック化した汚泥は殆どが生きている有用な微生物であり、返送される汚泥は曝気槽内で再び活性化し、繁殖を繰り返す元となる。沈殿槽内に堆積した汚泥は、有用微生物が多く存在するものの、低酸素濃度の環境下であるため、活性は低下している。
【００１３】
この返送汚泥はそのまま曝気槽へ返送しても、汚泥活性は非常に低く、返送後の汚泥流入域の曝気槽の活性度は低下してしまい、せっかく曝気して酸素を供給しているのに、酸素が行き届かず曝気槽のこの領域では消化能力が低下してしまうという現象が起きる。
【００１４】
そこで、本発明においては、解砕化装置に高圧ポンプを用いてこの消化能力の低下した返送汚泥高圧圧送し、この高圧圧送された汚泥を解砕化装置により解砕化して汚泥の比表面積を増加させた後、更に、気液混合装置によって、ここへ空気（酸素）を混合させる。これにより、解砕処理された汚泥中の酸素濃度を増加させることが出来る。従って、曝気槽流入域における汚泥の活性度は上がり、曝気槽の能力も上がる。
【００１５】
ここで、「解砕化」とは次のような意味を持つ。すなわち、微粒単粒子はそれ自身の持つ表面電位、微生物から分泌された粘液などにより、お互いが引き寄せられ凝集体というフロック状態を作るが、このフロック状態を元の単粒子の状態に戻す処理（解砕化処理）を意味する。
【００１６】
従って、本発明の余剰汚泥減容化装置の解砕化装置においては、解砕化装置に高圧圧送されたフロック化した汚泥は、生きた微生物を解体可溶化することなく、その結果比表面積が増加する。
【００１７】
更に、気液混合装置により、汚泥に気液を導入し、酸素が十分に行き渡る状態を作り、曝気槽における曝気効率を低下させること無く微生物活性を上げる（活性化処理）。
【００１８】
このように、返送汚泥は、解砕化処理及び気液混合処理が施されて、曝気槽に返送される。これにより、これまでの返送汚泥流入による一時的な低活性状態を改善して、曝気槽全体の微生物による消化領域を十分に保持することで、未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来るため、終末の余剰汚泥発生量を減少させようとするものである。
【００１９】
なお、ここで言う「沈殿槽から排出される汚泥の返送ライン」には、沈殿槽から引き抜かれた汚泥が曝気槽に返送されるラインのみならず、汚泥貯留槽を有する場合には汚泥を沈殿槽から汚泥貯留槽に送流した後、汚泥貯留槽から汚泥を引き抜いて曝気槽に返送するラインも含むものである。
【００２０】
また、上記高圧ポンプは、シリンダー内を往復移動することにより加圧ポンプ室内に流体を吸引するとともに、上記加圧ポンプ室内の流体を吐出するプランジャーと、上記プランジャーに所定の間隔を介して配置されるとともに、上記プランジャーを両持ち支持する第１の軸受及び第２の軸受と、上記第１の軸受と上記第２の軸受との間に配置されるとともに、上記プランジャーを冷却する冷却部と、上記プランジャーの外周に摺接配置され、上記加圧ポンプ室からの流体漏れを防止するシール部と、を有するポンプヘッドを備えていてもよい。
【００２１】
また、上記気液混合装置は、円筒形の密閉容器と、上記密閉容器内に流体を導入する流体導入管と、上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていてもよい。
【００２２】
また、上記噴射口が上記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていてもよい。
【００２３】
また、上記解砕化促進室の内径が上記噴射口の内径の２００倍以上に設定されていてもよい。
【００２４】
また、上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなるようにしてもよい。
【００２５】
上記ノズル構造によると、中央の吸込孔を通じて密閉容器内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が形成され、この気体柱を通じて密閉容器外の気体が密閉容器内へ入り易くなり、その結果、周囲の噴出孔から密閉容器内の気液が排出し易くなり、気液の排出効率が向上する。また、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込みの動作により、それらの孔の近くにおいて複雑な乱流が生じ、このような乱流によって気液の混合がより一層促進され、液中の溶存酸素量を増加させることができるという作用効果も得られる。
【００２６】
また、上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けてもよい。このように構成すれば、噴出孔から排出された気液の一部を吸込孔が吸い込む際に、噴出孔から排出された混在物を吸い込んだとしても、吸込孔の目詰まりは生じない。
【００２７】
また、上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていてもよい。上記のような吐出筒を取り付けた構成によると、吸込孔から吸込まれるのは噴出孔から排出された気液中の気体のみとなり、吐出筒の出口付近は噴出孔から排出された気液で占有されることから、気液混合装置外部からの大きなごみを吸引しないで、吸込孔の目詰まりが生じなくなるという作用効果が得られる。もし仮に、この吐出筒を排除すると、噴出孔から排出された気液以外の液体も吸込孔が吸い込んでしまうおそれがあり、大型の液中混在物が吸込孔に詰まる可能性があるため、上記のように流体吐出口の流体吐出側には吐出筒を取り付けるのが好ましい。
【００２８】
さらに、上記吐出筒を採用した構成においては、更に、上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備える構成を採用してもよい。
【００２９】
上記のような気体導入管を備える構成によると、流体吐出口の出入口付近では、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込み動作に、さらに気体導入管を介する気体の吸込み動作が加わって、より一層複雑な乱流が発生し、気液の混合が更に促進され、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、上述のように構成されたいずれか１つの余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽の底部に接続された排泥管を介してこの底部に沈殿した汚泥を上記余剰汚泥減容化装置に送るポンプと、を有し、上記返送汚泥ラインは、上記ポンプにより送られた汚泥を上記曝気槽に返送するものであり、上記余剰汚泥減容化装置は上記返送汚泥ラインに組み込まれていることを特徴とする。
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明は、上述のように構成されたいずれか１つの余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、上記沈殿槽により固液分離された汚泥を汲み上げる水中ポンプと、を有し、上記余剰汚泥減容化装置は、上記水中ポンプにより汲み上げられた汚泥を解砕化処理及び気液混合処理して上記曝気槽に返送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、上記の如く、曝気槽から排出されたフロック化した汚泥を沈殿槽あるいは汚泥貯留槽を介して高圧ポンプにより高圧圧送して解砕化装置に送り、解砕化装置によりこのフロック化した汚泥を解砕化し、その解砕化された汚泥に対し気液混合装置により気液を導入し活性化させて曝気槽に返送されるようにした。これにより、曝気槽に返送される汚泥全体の比表面積が増えるとともに、気液を導入することにより、解砕された汚泥の活性度が向上するので、曝気槽の持つ本来の能力が回復され、その結果余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００３３】
つまり、従来の可溶化処理した返送汚泥は微生物が死滅した状態のものであり、曝気槽にこれを返送すれば、微生物の処理容量が増加することに繋がる。これに対し、本発明においては、曝気槽には溶存酸素濃度の高い微生物が生存する汚泥が投入されることとなり、その結果、これを曝気槽に返送しても、処理容量の増加には繋がらない。一方で、処理する側、すなわち、捕食する側の微生物の増加に寄与することができるので、従来に比して曝気槽における処理能力の本来の回復が図れ、更に未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来る。その結果、余剰汚泥の減容化が図れることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図であり、この排水処理施設Ｓ１は、調整槽１、曝気槽２、沈殿槽３、汚泥貯留槽４及び余剰汚泥減容化装置５を備え、沈殿槽３あるいは汚泥貯留槽４から排出された汚泥を解砕化、気液混合処理し、再度曝気槽２に返送するよう構成されている。この図１に示す排水処理施設Ｓ１においては、本発明の余剰汚泥減容化装置５を返送汚泥ラインＬ１に組み込んでいる。
【００３６】
調整槽１は、工場などから排出された有機性排水を貯留するとともに、その下流に位置する曝気槽２への流量を調整するための調整手段として機能するものである。
【００３７】
曝気槽２は、ポンプ１００Ａにより調整槽１から有機性排水が供給されるとともに、この供給された有機性排水に対し曝気、すなわち空気を送り込むように構成されている。有機性排水に曝気を行うと、空気中や排水などから曝気槽２内に入り込み生息する微生物が、有機性排水の中の汚濁成分を捕食する。すると、汚水が浄化されるとともに、曝気槽内の微生物の一部には、自身の出す粘液により有機物質を塊としたフロックを形成する。曝気槽２内の微生物は、排水中の栄養物を摂取しながら自己増殖を繰り返す。このため、調整槽１から流入してくる排水とともに増殖した微生物（汚泥）は、定期的に曝気槽２から送流される。
【００３８】
沈殿槽３は、この曝気槽２から送り込まれた活性汚泥を沈降させ固液分離、すなわち、汚泥フロックと上澄み液とに分離し、上澄み液は処理水として自然水界、下水道へ放流される、あるいは中水として再利用される。一方、沈降した汚泥フロックは、バルブ３１Ａの開閉とポンプ１００Ｂにより、一部は返送汚泥ラインＬ１に組み込まれた余剰汚泥減容化装置５に送られ、余剰汚泥減容化装置５において解砕化処理、気液混合処理が施されて再度曝気槽２に返送される。他方、残りの余剰汚泥は、バルブ３１Ｂの開閉により汚泥貯留槽４に送られ、その後、汚泥貯留槽４からバキュームされ、タンクローリーなどに積載され、外部に搬出するか、または、（図示しない）スクリュープレスなどの脱水装置で圧搾しながら脱水され、脱水ケーキとして焼却炉で焼却処理されたり、埋め立て処理されている。
【００３９】
この焼却処理されたり、埋め立て処理されたりする余剰汚泥の量を削減するために、本発明の余剰汚泥減容化装置あるいは余剰汚泥減容化システムが利用される。以下詳細に説明する。
【００４０】
余剰汚泥減容化装置５の主要な構成は、高圧ポンプ１００、解砕化装置２００及び気液混合装置３００からなる。更に、沈殿槽３からポンプ１００Ｂにより供給された汚泥内に混入している枯れ葉など大きな浮遊物を除くためのスクリーン５１と、スクリーン５１により大きな浮遊物が取り除かれた汚泥を貯留するための受水ピット５２と、高圧ポンプ１００と解砕化装置２００及び気液混合装置３００の動作を統括制御する制御盤５３と、気体導入管３１０の途中に組み込まれるとともに、気体導入管３１０による気体の吸込み量を検出して制御盤５３へ送出するセンサ付き流量計５４と、が付随して構成されている。
【００４１】
次に高圧ポンプについて図２から５を参照して詳細に説明する。なお、以下において汚泥を流体として説明する。
【００４２】
図２は高圧ポンプの概略構成を示すブロック図、図３は高圧ポンプの構造を示す部分断面図、図４はポンプヘッドの構造を示す断面図、図５は図４に示すポンプヘッドの正面図である。
【００４３】
図２に示すように、高圧ポンプ１００は、サーボモーター１０１、ボールスクリュー１０２、プランジャー接続部１０３及びポンプヘッド１０４からなる。なお、以下においては、駆動方式としてサーボモーター方式を用いているが、駆動方式はこれに限定されるものではなく、その他の駆動方式、例えば、油圧シリンダー方式、空気圧シリンダー方式、クランクシャフト作動などの何れの駆動方式でも適用可能である。
【００４４】
サーボモーター１０１は、上記制御盤５３によりモーターの回転方向が制御される。ボールスクリュー１０２は、このサーボモーター１０１の回転に同期して回転し、この回転方向に応じてプランジャー接続部１０３を介してポンプヘッド１０４のプランジャー１１８を進退動作させる。
【００４５】
次に、ポンプヘッド１０４について説明する。
【００４６】
図３に示すように、ポンプヘッド１０４には、ヘッドプレート１２３に形成された流体流路１３８に継手１０６を介してチェック弁１０５が接続されているとともに、ヘッドプレート１２３に形成された空気流路１０９に継手１０８を介してエア抜きバルブ１０７が接続されている。また、プランジャー１１８にはフレキシブルジョイント１１４を介してプランジャー接続部１０３が接続されている。
【００４７】
チェック弁１０５は、入口側チェック弁１０５Ａと出口側チェック弁１０５Ｂとから成り、プランジャー１１８の往復動作に同期してそれぞれのチェック弁１０５Ａ、１０５Ｂが開閉することにより流体が吸入され吐出される。具体的には、プランジャー１１８が図３中矢印Ａ方向に移動すると、入口側チェック弁１０５Ａが開放され、流体が流体流路１３８を通って加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸い込まれる。他方、プランジャー１１８が矢印Ｂ方向に移動すると、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体が圧縮され、これに同期して出口側チェック弁１０５Ｂが開放され流体が吐出される。なお、入口側チェック弁１０５Ａも出口側チェック弁１０５Ｂも共に逆止弁から構成されており、流体を一方向にのみ通過させるようになっている。
【００４８】
エア抜きバルブ１０７は、加圧ポンプ室１２２Ａ内の空気抜きを行うものであり、加圧ポンプ室１２２Ａの空気を空気流路１０９を介して排出するよう構成されている。
【００４９】
次に図４及び図５を参照して本発明のポンプヘッドの構成について説明する。なお便宜上、図４中ヘッドプレート１２３側を「前」、プランジャー接続部１０３側を「後」として説明する。
【００５０】
ポンプヘッド１０４は、円筒状のシリンダー１２２、シリンダー１２２内に収容された円柱状のプランジャー１１８、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とを接続するフレキシブルジョイント１１４、ヘッドプレート１２３、ベースプレート１２４、ベースプレート１２５及びポスト１２６を有する。
【００５１】
ヘッドプレート１２３には、図示しない貫通孔が４箇所形成されており、この４箇所の貫通孔にはボルト１３５が軸通されている。また、ベースプレート１２４には図示しない貫通孔が４箇所形成されており、シリンダー１２２は、ヘッドプレート１２３とベースプレート１２４との間にボルト１３５を用いて固定されている。より詳しくは、ベースプレート１２４の所定の位置にシリンダー１２２の後端面を位置決め配置する。他方、ヘッドプレート１２３にシリンダー１２２の前端面を当接させ、ヘッドプレート１２３の図示しない貫通孔にボルト１３５を軸通させるとともに、ボルト１３５の先端を図示しないベースプレート１２４の貫通孔にネジ止めし、ナット１３４をボルト１３５に螺合して締め付けを行う。すると、ベースプレート１２４とシリンダー１２２とヘッドプレート１２３とがそれぞれ一体化される。
【００５２】
また、図４に示すように、シリンダー１２２内にはスペーサ１２７を介してプランジャー１１８が挿入され、プランジャー１１８の前端面とヘッドプレート１２３との間には加圧ポンプ室１２２Ａが形成されるとともに、プランジャー１１８先端の対応する位置には、ヘッドプレート１２３に形成された流体流路１３８が位置している。この流体流路１３８の一方としての入口は加圧ポンプ室１２２Ａと連通しており、他方の出口は図４に示すようにチェック弁１０５と接続するための継手１０６と連通している。
【００５３】
スペーサ１２７の後端側には第１の軸受１２８Ａが配置されているとともに、プランジャー１１８の後端側には、後述するシールケース１２９、ランタンリング１３０、スタッド１３１を介して第２の軸受１２８Ｂが配置されており、これら２つの軸受１２８Ａ、１２８Ｂによりプランジャー１１８が軸支されている。これら第１の軸受１２８Ａ及び第２の軸受１２８Ｂは共にベアリング（すべり軸受け）から構成されており両軸受１２８Ａ、１２８Ｂにプランジャー１１８が軸通されることにより、プランジャー１１８は前方側と後方側とにより両持ち支持される。なお、第１の軸受１２８Ａは、プランジャー１１８の下死点、すなわちプランジャー１１８が図４中矢印Ａ方向に移動する最大の点よりも手前（図４中Ｂ方向）に配置されている。このように、プランジャー１１８は第１の軸受１２８Ａと第２の軸受１２８Ｂにより両持ち支持されているので、プランジャー１１８の往復動作間においてもプランジャー１１８の軸芯がずれることなく後述するロッドシール（シール部）１３２Ａに対し偏摩擦を生ずることを防止することができる。
【００５４】
また、第１の軸受１２８Ａの後側には、ロッドシール１３２Ａ（シール部）が配置されており、このロッドシール１３２Ａは、シールケース１２９によりシリンダー１２２とプランジャー１１８との間に、プランジャー１１８表面に摺接するよう配置されている。このロッドシール１３２Ａは、加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸引された流体が漏れないようシールするための部材であり、例えば、Ｕパッキン（断面がＵ字形のリップパッキン）、Ｖパッキン（断面がＶ字形のパッキン）などが適用可能である。他方、シールケース１２９には、シールケース１２９とシリンダー１２２との間の隙間を塞ぎ、後述するランタンリング１３０に注水される冷却水が漏れないようにするためのシール部材例えばＯリング１３３Ａが装着されている。
【００５５】
シールケース１２９の後端側にはランタンリング１３０が配設されている。ランタンリング１３０は環状部材からなり、この環状部材の外周面と内周面にはそれぞれ周方向に溝が設けられているとともに、それぞれの溝は図示しない連通孔で適宜に連通されている。シリンダー１２２には給水孔と排水孔が穿設されており、この給水孔と排水孔には継手１３０Ａ、１３０Ａを介して給水ホース１３０Ｂ、排水ホース１３０Ｃがそれぞれ接続されている。そして、給水ホース１３０Ｂから給水された冷却水は、給水孔を経てランタンリング１３０の外周面に供給されることにより、図示しない連通孔を介してプランジャー１１８とシールケース１２９との間の摺動隙間１２２Ｂに冷却水が供給され、プランジャー１１８の表面が冷却される。これによりプランジャー１１８の高温化を防止することができ、その結果ロッドシール（シール部）１３２Ａの熱による劣化を防止することができシール部の耐久性を向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸引された流体が汚泥、すなわち、いわゆるスラリーであるので、第１の軸受１２８Ａを通過しロッドシール１３２Ａとプランジャー１１８との間にスラリーが噛み込み、更にシールケース１２９とプランジャー１１８との間の摺動隙間１２２Ｂまでスラリーが侵入する可能性もある。このような場合には、冷却水をランタンリング１３０に注入すると、プランジャー１１８の表面を冷却するだけでなく、冷却水が前記摺動隙間１２２Ｂにも漏れ出すこととなるので、摺動隙間１２２Ｂに侵入したスラリーを洗い流すこともできる。摺動隙間１２２Ｂ内に侵入したスラリーをそのままにしてプランジャー１１８の往復移動を行うと、プランジャー１１８が傷ついたり、プランジャー１１８とスラリーとの間で摩擦が生じ、プランジャー１１８表面が更に高温化する可能性がある。本発明のポンプヘッド１０４においては、これらの要因と成り得るスラリーを洗い流すことができるので、このスラリーに起因するプランジャー１１８の故障やプランジャー１１８の高温化を防止することができる。
【００５７】
また、ランタンリング１３０の後面側には、スタッド１３１が配設されており、このスタッド１３１により、シリンダー１２２とスタッド１３１との間の隙間を埋めるべくＯリング１３３Ｂが、プランジャー１１８とスタッド１３１との間の隙間を埋めるべくロッドシール１３２Ｂがそれぞれ配設されており、ランタンリング１３０に給水された冷却水が第２の軸受１２８Ｂの方に漏れないようになっている。第２の軸受１２８Ｂはプランジャー１１８とスタッド１３１との間に配設され緩み止めナット１３９により締め付け固着され、プランジャー１１８を軸支するようになっている。
【００５８】
次いで、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３との接続構造について説明する。プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とはフレキシブルジョイント１１４を介して接続されている。より詳細に説明すると、プランジャー１１８の後端にはジョイントスタッド１１９が取り付けられており、このジョイントスタッド１１９には中央部に嵌挿孔が穿設されたプランジャージョイント１２０が嵌合装着されており、ジョイントスタッド１１９の先端部には円板状のフランジ１２１Ａを有するジョイントヘッド１２１が固着されている。一方、プランジャー接続部１０３の先端部にもジョイントスタッド１１１が取り付けられており、このジョイントスタッド１１１を介して円板状のフランジ１１３Ａを有するジョイントヘッド１１３が固着されている。
【００５９】
そして、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とは、プランジャー１１８側のフランジ１２１Ａとプランジャー接続部１０３側のフランジ１１３Ａとを突き合わせ状態で下側結合部材１１５Ａに嵌め込まれ、この状態で上側結合部材１１５Ｂ（図３参照）を上から被せて４箇所ねじ止めされる。この際、プランジャー接続部１０３側のフランジ１１３Ａよりプランジャー１１８側のフランジ１２１Ａの方が円板の径が小さく形成されているので、フランジ１２１Ａと、下側結合部材１１５Ａ及び上側結合部材１１５Ｂとの間には隙間１１６ができる。同様に、ジョイントヘッド１２１と下側結合部材１１５Ａ及び上側結合部材１１５Ｂとの間にも隙間１１７ができる。すなわち、これら隙間１１６、１１７が遊びになり、プランジャー１１８に軸芯ずれが生じた場合には、そのずれをこの遊びが吸収することとなる。このフレキシブルジョイント１１４を用いることにより、部品製作上の誤差やポンプの組立て誤差を吸収し、軸芯ずれが補正される。
【００６０】
ベースプレート１２４及びベースプレート１２５には図示しない貫通孔がそれぞれ４つずつ穿設されており、ベースプレート１２４とベースプレート１２５との間にはポスト１２６が配設されており、ベースプレート１２４の貫通孔にボルト１３６を嵌挿し、ベースプレート１２５の貫通孔にスタッド１３７を嵌挿することにより、ベースプレート１２４とポスト１２６とベースプレート１２５とが一体化される。なお、ベースプレート１２４とベースプレート１２５とにはそれぞれ中央部に貫通孔が穿接されており、このそれぞれの貫通孔にはフレキシブルジョイント１１４によりプランジャー接続部１０３と接続されたプランジャー１１８が軸通している。
【００６１】
次にこのように構成されたポンプヘッド１０４の動作について図２〜５を参照して説明する。
【００６２】
ポンプヘッド１０４は流体の吸入工程と吐出工程とを繰り返し行うこととなるので、以下においては、吸入工程と吐出工程とに分けて説明する。
【００６３】
まず、吸入工程においては、図１に示す制御盤５３の制御のもとサーボモーター１０１
が正転動作し、この正転動作に同期してボールスクリュー１０２が回転するとともに、この回転動作に同期してプランジャー接続部１０３を介してプランジャー１１８が図３中矢印Ａ方向に移動する。すると、加圧ポンプ室１２２Ａの容積が拡張するとともに、入口側チェック弁１０５Ａが開き流体流路１３８を介して流体が加圧ポンプ室１２２Ａ内に流入し、プランジャー１１８が下死点に移動すると吸入工程は終了する。
【００６４】
一方、吐出工程においては、制御盤５３の制御のもとサーボモーター１０１が逆転動作し、この逆転動作に同期してボールスクリュー１０２が回転するとともに、この回転動作に同期してプランジャー接続部１０３を介してプランジャー１１８が図３中矢印Ｂ方向に移動する。すると、加圧ポンプ室１２２Ａの容積が縮小され、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体に圧力がかかり、出口側チェック弁１０５Ｂが開き、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体が流体流路１３８を介して吐出される。
【００６５】
ポンプヘッド１０４においては、これら吸入工程及び吐出工程を繰り返し行うこととなるが、この際に、同時に冷却工程が行われる。すなわち、プランジャー１１８の表面の高温化を防止すべく、運転開始時から給水ホース１３０Ｂから継手１３０Ａを介してランタンリング１３０に冷却水が連続して注入される。この冷却水はプランジャー１１８表面をつたって継手１３０Ａを介して排水ホース１３０Ｃから排出される。また、この際、ランタンリング１３０に注入された冷却水は、摺動隙間１２２Ｂ内に侵入する。この際に、摺動隙間１２２Ｂ内にスラリーが上記のようにして侵入していた場合には、このスラリーを洗い流せることとなる。なお、ポンプ起動時でまだ空の状態若しくは運転中に空気を吸ってしまい、高圧ポンプ１００が加圧出来ない場合には、エア抜きバルブ１０７を手動で開閉することでエア抜きが行われる。
【００６６】
また、このプランジャー１１８の往復動作の際には、第１の軸受９Ａと第２の軸受９Ｂとで両持ち支持されているので、軸芯のずれを防止することができる。
【００６７】
なお、上記説明においては、プランジャー１１８の駆動手段としてサーボモーター１０１を用いたが、この駆動手段はサーボモーターに限定されるものではなく、例えば、油圧、空気圧等の各種シリンダー等、プランジャー１１８に接続し進退動作させることが可能な駆動手段であれば種々の駆動手段が適用可能である。
【００６８】
また、上記説明においては、ポンプヘッド１０４が単数として説明したが、このポンプヘッド１０４は単数である必要はなく、例えば、クランクシャフトなどを介して複数並列に配設することも可能である。このようにポンプヘッド１０４を複数配設すれば吐出容量を増加させることができる。
【００６９】
次に、解砕化装置について図６〜１１を参照して説明する。
【００７０】
図６は解砕化装置を示す全体図、図７は図６の解砕化装置の正面図、図８は図６の解砕化装置における噴射ノズルを示す拡大図、図９は図８の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図、図１０は図８の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図、図１１は図６の解砕化装置における流体の流れを示す図である。
【００７１】
まず、解砕化装置の構成について説明する。
【００７２】
図６に示す解砕化装置２００は、高圧ポンプ１００により高圧圧送された流体を解砕化するための装置である。この装置は噴射ノズル２５０を含むノズルアッセンブリー２１１と、ノズルアッセンブリー２１１の一端に連結された高圧配管２１２と、他端に連結された低圧配管２１３とから構成されている。
【００７３】
ノズルアッセンブリー２１１は、円柱形のフランジ２２１とケース２２２とからなる密閉ケース内に噴射ノズル２５０を収容したものである。密閉ケースはフランジ２２１とケース２２２の端面どうしを突き合わせ、フランジ２２１から挿通したボルト２３１をケース２２２に締結することで一体化されている。本実施形態では、図７に示すようにフランジ２２１の周縁部に等間隔で６個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト２３１を軸線方向に締結してある。
【００７４】
フランジ２２１の軸心には導入口２２３が開口している。導入口２２３の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口２２３には直線的に延びる導入流路２２４が連通しており、導入流路２２４の下流側は更に２つの流路に分岐され、導入流路２２４に平行な分岐流路２２５，２２５を設けてある。分岐流路２２５は導入流路２２４を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路２２５の数を２つとしたが、これに限らず、例えばフランジ２２１の軸心周りに等間隔で３つ以上設けてあっても構わない。
【００７５】
フランジ２２１には導入流路２２４に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路２２４と分岐流路２２５とを連通する際に形成した加工用孔２２６である。したがって、この加工用孔２２６を塞ぐため、加工用孔２２６の開口端に雌ネジ２３２が形成されており、雌ネジ２３２には盲栓２３３がグランドナット２３４によってねじ込み固定されている。
【００７６】
前記構造からなるノズルアッセンブリー２１１は、その上流側に高圧配管２１２が連結される。その連結構造はフランジ２２１の端面中心部にも雌ネジ２３５を形成し、雌ネジ２３５に高圧配管２１２の一端をグランドナット２３６によってねじ込み固定したものである。
【００７７】
高圧配管２１２と導入口２２３との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管２１２の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口２２３の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管２１２先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００７８】
このようにして、高圧配管２１２の開口端は導入口２２３に連通し、解砕化処理対象となる流体が高圧配管２１２から導入口２２３を介して導入流路２２４内に導入されるようになっている。
【００７９】
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。
【００８０】
図８に拡大して示すように、噴射ノズル２５０は、密閉ケースをフランジ２２１とケース２２２の結合構造にした関係上、フランジ２２１の端面に設けたシール部材とケース２２２の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路２２５について共通する構造である。
【００８１】
シール部材は円環状のガスケット２５１とそれと同径のシール２５２とからなる。両者はフランジ２２１の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体２５３とノズルアダプタ２５４とからなる。両者はケース２２２の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔２５５からなる流路が形成される。
【００８２】
そしてシール２５２とノズルアダプタ２５４との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ２５４の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール２５２の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ２５４先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００８３】
ノズル本体２５３の管内には微小孔を有するオリフィス２５６が設けられ、細孔２５５の流路が更に絞られている。よって、細孔２５５から噴射口２５７を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口２５７から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス２５６の径は０．１〜２ｍｍ程度、長さは０．５〜１ｍｍ程度とするのが良い。また、ノズル本体２５３の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス２５６は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
【００８４】
噴射ノズル２５０の下流側には低圧配管２１３が連結される。その連結構造は図６に示すようにケース２２２の端面にノズル噴射口２５７に比して極めて大径の開口部２２７を形成し、開口部２２７に低圧配管２１３の一端を嵌合したものである。
【００８５】
このようにして、低圧配管２１３の開口端は噴射口２５７に連通し、噴射口２５７から噴射された高速流体が低圧配管２１３の内部に排出されるようになっている。
【００８６】
低圧配管２１３の内部には空洞部からなる解砕化促進室２４１が設けられている。解砕化促進室２４１内は大気圧であるため、噴射口２５７から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき解砕化促進室２４１内が流体で満たされていると、図９に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
【００８７】
したがって、解砕化促進室２４１内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の解砕化処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、解砕化促進室２４１と
分岐流路２２５とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図８に示す解砕化促進室２４１の内径Ｒ１がノズル噴射口２５７の内径Ｒ２の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００８８】
また、噴射ノズル２５０から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口２５７が分岐流路２２５の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図１０は高速流体が分岐流路２２５の軸線に対して５°の傾きを持って噴射されるように噴射口２５７の角度を設定した例を示す。なお、噴射口２５７の傾斜角度についてはもちろん５°に限られるものではない。例えば噴射口２５７から噴射された高速流体がケース２２２や低圧配管２１３の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
【００８９】
さらに、本実施形態では低圧配管２１３の他端に排出口２４２を形成してある。排出口２４２は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、解砕化促進室２４１の内部で解砕化処理された流体は排出口２４２を介して排出配管（図示略）へと排出される。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態の解砕化装置２００では特に噴射ノズル２５０をシール部材とアダプタ部材の２つの部材で構成し、両者を結合するフランジ２２１とケース２２２をボルト２３１で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
【００９１】
次に、解砕化装置の作用について説明する。
【００９２】
図１１に示す解砕化装置２００において、解砕化すべき物質を含む高圧流体は高圧配管２１２から導入口２２３を介して導入流路２２４内に導入される。これが導入流Ｆ１である。
【００９３】
次に、この導入流Ｆ１は２つの分岐流路２２５，２２５によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流Ｆ２，Ｆ３は個別に噴射ノズル２５０内に導入される。このとき、分岐流路２２５内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は高圧状態を維持したままである。
【００９４】
噴射ノズル２５０内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は、図８で説明したように、細孔２５５から噴射口２５７を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口２５７を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管２１３の内部の解砕化促進室２４１に噴射される。
【００９５】
解砕化促進室２４１は流体で満たされており、噴射ノズル２５０から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、解砕化促進室２４１内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に２つの噴射口２５７，２５７から噴射された流体が合流し、ジェット流Ｆ４，Ｆ５と旋回流Ｆ６，Ｆ７との乱流状態を形成する。したがって、解砕化促進室２４１内においては、２つの高速流から誘起されたキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の解砕化処理が効率良く進行する。
【００９６】
最後に、解砕化促進室２４１で解砕化処理された流体は、低圧配管２１３から排出口２４２を介して排出配管へと排出される。これが排出流Ｆ８である。
【００９７】
このように、解砕化装置２００においては、解砕化促進室２４１内で、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の解砕化処理が行われる。よって、この解砕化処理によりフロック化された汚泥は、その内部の微生物を死滅させずにバラバラにすることができ、その結果、汚泥全体の比表面積を大きくすることができるので、汚泥内の微生物が取り付く場を増大させることが出来る。
【００９８】
次に、気液混合装置について図１２〜図１４を参照して説明する。なお、以下の気液混合装置における説明において、流体と言うときは、上記解砕化された汚泥のことである。
【００９９】
図１２は、気液混合装置の断面図、図１３はノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図、図１４は気液混合装置の設置状態を示す説明図である。
【０１００】
気液混合装置３００は、図１４のように曝気槽２の水面の上部に設置されるとともに、図１２に示したように、（１）円筒形の密閉容器３２０と、（２）解砕化装置２００の排出口２４２側に管継ぎ手３１２を介して連結され、解砕化装置２００の排出口２４２側から吐出した流体（解砕化された汚泥）を密閉容器３２０内に導入する流体導入管３２１と、（３）密閉容器３２０内から外部へ気液を吐出させる流体吐出口３２２と、（４）流体吐出口３２２に取り付けられた吐出筒３２３と、（５）吐出筒３２３に取り付けられた気体導入管３１０とを備えて構成される。
【０１０１】
気液混合装置３００においては、流体導入管３２１が、密閉容器３２０の内外周壁を貫通して該密閉容器３２０内に入り込み、この入り込んだ流体導入管３２１の先端部が、流体導入口３２４として密閉容器３２０の内底面に近接して開口するように構成した。このため、流体導入口３２４から密閉容器３２０内へ導入された流体は、密閉容器３２０の内側円弧面に沿って左右方向（密閉容器３２０の左右内端面方向）へ扇状に薄層拡散し、密閉容器３２０内で高速の渦流を形成する。また、その高速渦流は密閉容器３２０の内端面方向へ向うため、上記流体吐出口３２２は密閉容器３２０の端面に開口した。
【０１０２】
また、気液混合装置３００においては、気液の排出効率を高めることと、気液の混合程度をより一層向上させる観点より、上記流体吐出口３２２には図１３（ａ）（ｂ）に示すノズル構造３３０を採用した。
【０１０３】
このノズル構造３３０は、（１）流体吐出口３２２の中心部に、オリフィスからなる吸込み用の孔（以下「吸込孔３３１」という）を１つ設けるとともに、この吸込孔３３１の周囲に、微細気泡を形成するための少なくとも２以上の噴出し用の孔（以下「噴出孔３３２」という）を設けたものである。このような孔構成からなるノズル構造３３０によると、中央の吸込孔３３１を通じて密閉容器３２０内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が作られ、この気体柱を通じて密閉容器３２０外の気体が密閉容器３２０内へ入り易くなり、その結果、噴出孔３３２から効率よく密閉容器３２０内の気液を排出させることが可能となる。
【０１０４】
以上の構成からなる気液混合装置３００では、ノズル構造３３０の噴出孔３３２から気液が噴出し、流体吐出口３２２の下流、具体的には噴出孔３３２の流体吐出側付近が陰圧となる。この陰圧を利用して気体導入管３１０から自然に空気を吸い込ませるようにするため、気体導入管３１０の一端は流体吐出口３２２の流体吐出側陰圧部に開口し、同気体導入管３１０の他端は大気側に開口した。気液混合装置３００は自然吸気式であるから、コンプレッサ等を用いた強制給気式のような動力系は不要である。
【０１０５】
また、気液混合装置３００の流体吐出口３２２付近では、吸込孔３３１と噴出孔３３２とを介して行われる流体の吐出と吸込み動作に、気体導入管３１０を介する気体の吸込み動作が加わり、吐出筒３２３内で複雑な乱流が発生し、気液の混合が行われ、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【０１０６】
このように構成された気液混合装置３００は、図１に示すように解砕化装置２００に接続されるとともに、図１４に示すように曝気槽２に設置される。具体的には、気液混合装置３００の流体導入管３２１が返送汚泥の排出口２４２に接続され、気液混合装置３００から曝気槽２へ溶存酸素濃度を高めて返送汚泥を吐出供給する。
【０１０７】
この際、返送汚泥の吐出口３１１Ａは図１４のように曝気槽２前段の水面上部に設けられるため、その排出口２４２に接続された図１２の気液混合装置３００は、曝気槽２前段に溶存酸素濃度を高めて返送汚泥を吐出供給する。このように構成することにより、従来より曝気槽２の処理能力低下の要因となっていた曝気槽２前段の低溶存酸素濃度水域を高溶存酸素濃度水域に改善することができ、曝気槽２全体が微生物活性の高い高濃度の溶存酸素水域となり、排水処理施設における浄化能力の向上を図れる。
【０１０８】
この気液混合装置３００により、解砕化され比表面積が大きくなり微生物が取り付く場が増大した汚泥粒子に対し、更に、気体を混合導入するので、微生物の更なる消化活性化を促すことが出来る。
【０１０９】
以上説明した通り、本発明においては、沈殿槽３から余剰汚泥として排出された汚泥の一部を、余剰汚泥減容化装置５に送り、解砕化処理及び気液混合処理を施して再度曝気槽２に返送する。これにより、曝気槽２には溶存酸素濃度の高い微生物が生存する汚泥が投入されることとなり、その結果、これを曝気槽２に返送しても、処理容量の増加には繋がらない。一方で、処理する側、すなわち、捕食する側の微生物の増加に寄与することができるので、従来に比して曝気槽２における処理能力の本来の回復が図れ、更に未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来る。その結果、余剰汚泥の減容化が図れることとなる。
【０１１０】
更に、本発明の他の実施形態における余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設について図１５を参照して説明する。なお、上記排水処理施設Ｓ１と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明は上記Ｓ１においてしたのと同様であるので詳細な説明は省略し、ここでは相違する点のみ説明する。
【０１１１】
この排水処理施設Ｓ２においても、調整槽１、曝気槽２、沈殿槽３、汚泥貯留槽４及び余剰汚泥減容化装置５を有するが、上記排水処理施設Ｓ１とは、余剰汚泥減容化装置５が返送汚泥ラインＬ２に組み込まれていない点において相違する。
【０１１２】
すなわち、この排水処理施設Ｓ２においては、汚泥貯留槽４に水中ポンプ１００Ｄを投入し、この水中ポンプ１００Ｄにより曝気槽２に返送する汚泥を吸引して、その吸引した汚泥を余剰汚泥減容化装置５に送るように構成されており、返送汚泥ラインＬ２は別途設けられている点が上記排水処理施設Ｓ１と相違する。
【０１１３】
活性汚泥法を利用した排水処理施設においては、通常、返送汚泥ラインが予め配設されているが、この返送汚泥ラインに本発明の余剰汚泥減容化装置５を組み込むのは面倒である。しかしながら、図１５に示す排水処理施設Ｓ２のように、余剰汚泥減容化装置５に供給する汚泥を汚泥貯留槽４から水中ポンプ１００Ｄにより吸引することにより、既存の設備を変えることなく、容易に余剰汚泥減容化装置５を追加することが可能となる。
【０１１４】
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の余剰汚泥減容化装置を用いて解砕化処理及び活性化処理をする前と後の汚泥中の一般細菌群数の比較を行った実験結果を以下の表１に示す。
【０１１５】
【表１】
試水として３７℃で４８時間平板寒天培養した汚泥（返送汚泥）を用い、この汚泥を高圧ポンプにより１２．０ＭＰａの圧力で解砕化装置に圧送し、解砕化処理及び活性化処理を施して曝気槽に返送した。その際のＣＦＵ（Ｃｏｌｏｎｙ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｕｎｉｔ）／ｍｌ、すなわち、単位容量あたりのＣＦＵ数を処理前と処理後で３回にわたり計測しその平均値を算出して比較した。
【０１１６】
その結果、処理前では３．６×１０８（ＣＦＵ／ｍｌ）であったものが、処理後では５．１×１０６（ＣＦＵ／ｍｌ）となり、処理前と比較すると若干微生物は少なくなってしまっているが、多くの微生物が死滅せず生存しているという実験結果が得られた。
【０１１７】
以上の実験結果より、本発明の余剰汚泥減容化装置によれば、従来のように微生物を可容化して全て死滅させてしまうことなく、微生物が生存した状態のままの汚泥を曝気槽に返送可能であり、曝気槽内の処理能力の向上が図れることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図。
【図２】高圧ポンプの概略構成を示すブロック図。
【図３】高圧ポンプの構造を示す部分断面図。
【図４】ポンプヘッドの構造を示す断面図。
【図５】図４に示すポンプヘッドの正面図。
【図６】解砕化装置を示す全体図。
【図７】図６の解砕化装置の正面図。
【図８】図６の解砕化装置における噴射ノズルを示す拡大図。
【図９】図８の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図。
【図１０】図８の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図。
【図１１】図６の解砕化装置における流体の流れを示す図。
【図１２】気液混合装置の説明図。
【図１３】ノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図である。
【図１４】気液混合装置の設置位置を示す図。
【図１５】本発明の他の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図。
【符号の説明】
【０１１９】
Ｓ１、Ｓ２ 排水処理施設
１ 調整槽
２ 曝気槽
３ 沈殿槽
４ 汚泥貯留槽
５ 余剰汚泥減容化装置
３１Ａ、３１Ｂ バルブ
５１ スクリーン
５２ 受水ピット
５３ 制御盤
５４ 流量計
１００ 高圧ポンプ
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ ポンプ
１０１ サーボモーター
１０２ ボールスクリュー
１０３ プランジャー接続部
１０４ ポンプヘッド
１０５ チェック弁
１０５Ａ 入口側チェック弁
１０５Ｂ 出口側チェック弁
１０６ 継手
１０７ エア抜きバルブ
１０８ 継手
１０９ 空気流路
１１１ ジョイントスタッド
１１３ ジョイントヘッド
１１３Ａ フランジ
１１４ フレキシブルジョイント
１１５Ａ 下側結合部材
１１５Ｂ 上側結合部材
１１６ 隙間
１１７ 隙間
１１８ プランジャー
１１９ ジョイントスタッド
１２０ プランジャージョイント
１２１ ジョイントヘッド
１２１Ａ フランジ
１２２ シリンダー
１２２Ａ 加圧ポンプ室
１２２Ｂ 摺動隙間
１２３ ヘッドプレート
１２４ ベースプレート
１２５ ベースプレート
１２６ ポスト
１２７ スペーサ
１２８Ａ 第１の軸受
１２８Ｂ 第２の軸受
１２９ シールケース
１３０ ランタンリング（冷却部）
１３０Ａ 継手
１３０Ｂ 給水ホース
１３０Ｃ 排水ホース
１３１ スタッド
１３２Ａ ロッドシール（シール部）
１３２Ｂ ロッドシール
１３３Ａ Ｏリング（シール部材）
１３３Ｂ Ｏリング（シール部材）
１３４ ナット
１３５ ボルト
１３６ ボルト
１３７ スタッド
１３８ 流体流路
１３９ 緩み止めナット
２００ 解砕化装置
２１１ ノズルアッセンブリー
２１２ 高圧配管
２１３ 低圧配管
２２１ フランジ
２２２ ケース
２２３ 導入口
２２４ 導入流路
２２５ 分岐流路
２２６ 加工用孔
２２７ 開口部
２３１ ボルト
２３２ 雌ネジ
２３３ 盲栓
２３４ グランドナット
２３５ 雌ネジ
２３６ グランドナット
２４１ 解砕化促進室
２４２ 排出口
２５０ 噴射ノズル
２５１ ガスケット
２５２ シール
２５３ ノズル本体
２５４ ノズルアダプタ
２５５ 細孔
２５６ オリフィス
２５７ 噴射口
Ｒ１ 解砕化促進室の内径
Ｒ２ オリフィス（噴射口）の内径
Ｆ１ 導入流
Ｆ２，Ｆ３ 分岐流
Ｆ４，Ｆ５ ジェット流
Ｆ６，Ｆ７ 旋回流
Ｆ８ 排出流
３００ 気液混合装置
３１０ 気体導入管
３１１Ａ 吐出口
３１２ 管継ぎ手
３２０ 密閉容器
３２１ 流体導入管
３２２ 流体吐出口
３２３ 吐出筒
３２４ 流体導入口
３３０ 流体吐出口のノズル構造
３３１ 吸込み用の孔（吸込孔）
３３２ 噴出し用の孔（噴出孔）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性汚泥法を利用した排水処理施設において、余剰汚泥の減量化あるいは減容化を図ることを目的とする余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥法（長時間空気を吹き込み（曝気）十分な酸素を供給し、好気微生物群による排水中に存在する有機物を酸化分解・凝集・吸着・沈殿分離する最も代表的な排水・下水処理法）を利用した排水処理施設において、施設系外に除かれる余剰汚泥は搬出された後、埋め立てられるか、あるいは焼却処分されている。
【０００３】
しかし、発生する余剰汚泥量は、工場生産の増加などにより年々増加しており、近年埋め立て場所の限界、焼却処分による二酸化炭素及びダイオキシンの発生などの問題が生じており、汚泥処分費用を抑えるためにも余剰汚泥の減容化が要求されている。
【０００４】
この余剰汚泥の減容化の手法として、余剰汚泥を物理的あるいは化学的に処理することにより可溶化し、微生物による消化を促進する技術がある。しかしながら、例えばアルカリを使用した薬液を使用する場合は、酸で中和するなどの設備が必要になり、また薬液による二次汚染の問題も引き起こされている。また磨砕などによる物理的処理においても、磨砕材料の摩耗により材料の補充が常に必要であるため、併せて付帯設備の維持費用も高騰するなどの問題がある。
【０００５】
また、薬液を使用しない汚泥自体を物理的に細かく砕いてしまう可溶化技術では、例えば、そのような可溶化技術を利用して排出汚泥の減容化を図るものとして、特許文献１に記載の余剰汚泥減容化装置がある。
【０００６】
この余剰汚泥減容化装置によれば、汚泥を連続的に加圧しながら対向衝突または加圧した後、急減圧することによって、汚泥を可溶化し、この可溶化した汚泥を生物分解して排出汚泥の減容化を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記余剰汚泥減容化装置によれば、可溶化により微生物の消化効率は向上するものの、処理汚泥中には有用な微生物も多く存在しており、この微生物をも全部死滅させてしまって、結果的に曝気槽で再度消化するための負荷量、例えばＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）の増加になってしまい、実際の排水処理施設ではかえって負担になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、活性汚泥法を利用した排水処理施設において、余剰汚泥自体の発生を少なくし、余剰汚泥の減量化を図れる余剰汚泥減容化装置及び余剰汚泥減容化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、活性汚泥法による排水処理施設において、曝気槽より排出される汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽から排出される汚泥の返送ラインを有する施設に利用される余剰汚泥の減量化、或いは減容化を図るための余剰汚泥減容化装置であって、上記余剰汚泥減容化装置は、上記汚泥を高圧圧送する高圧ポンプと、
この高圧ポンプにより高圧圧送された汚泥を可溶化することなく解砕化する解砕化装置と、この解砕化装置により解砕化された汚泥に空気を混合することによりこの解砕化された汚泥の溶存酸素濃度を増加し、上記曝気槽に返送する気液混合装置と、を備えるとともに、上記解砕化装置は、密閉ケースの一端に開口し、上記高圧圧送された汚泥を導入する導入口と、上記導入口から上記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、上記導入流路を分岐し、上記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、上記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、上記密閉ケースの他端から上記汚泥を噴射する複数の噴射口と、
上記複数の噴射口に連通し、上記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、上記汚泥で満たされた解砕化促進室と、からなることを特徴とする。
【００１１】
活性汚泥法を利用した排水処理施設において、本発明の余剰汚泥減容化装置を使用した場合には、次のようにして、余剰汚泥の減容化が図れる。
【００１２】
まず、この排水処理施設において曝気槽（微生物による消化を行うために空気を送り込む槽）内に曝気による酸素供給を行う。すると、この曝気槽内に生息する微生物、例えば、バクテリア（細菌類）、原生動物、後生動物などの微生物の生物活性度が向上し、汚れの原因である有機物を捕食し汚水を浄化させる。曝気槽内の微生物の一部には、自身の出す粘液により有機物質を塊としたフロックを形成する。また、沈殿槽において静止水域内でこのフロックは沈降し、水と汚泥に分かれる（固液分離）。ここで、上澄み液は浄化された水として河川・下水道へ排出、若しくは中水としてリサイクルされる。フロック化した汚泥は汚泥貯留槽へ送られ余剰汚泥として抜き取られる汚泥と、曝気槽へ戻される返送汚泥に分けられる。フロック化した汚泥は殆どが生きている有用な微生物であり、返送される汚泥は曝気槽内で再び活性化し、繁殖を繰り返す元となる。沈殿槽内に堆積した汚泥は、有用微生物が多く存在するものの、低酸素濃度の環境下であるため、活性は低下している。
【００１３】
この返送汚泥はそのまま曝気槽へ返送しても、汚泥活性は非常に低く、返送後の汚泥流入域の曝気槽の活性度は低下してしまい、せっかく曝気して酸素を供給しているのに、酸素が行き届かず曝気槽のこの領域では消化能力が低下してしまうという現象が起きる。
【００１４】
そこで、本発明においては、解砕化装置に高圧ポンプを用いてこの消化能力の低下した返送汚泥高圧圧送し、この高圧圧送された汚泥を解砕化装置により解砕化して汚泥の比表面積を増加させた後、更に、気液混合装置によって、ここへ空気（酸素）を混合させる。これにより、解砕処理された汚泥中の酸素濃度を増加させることが出来る。従って、曝気槽流入域における汚泥の活性度は上がり、曝気槽の能力も上がる。
【００１５】
ここで、「解砕化」とは次のような意味を持つ。すなわち、微粒単粒子はそれ自身の持つ表面電位、微生物から分泌された粘液などにより、お互いが引き寄せられ凝集体というフロック状態を作るが、このフロック状態を元の単粒子の状態に戻す処理（解砕化処理）を意味する。
【００１６】
従って、本発明の余剰汚泥減容化装置の解砕化装置においては、解砕化装置に高圧圧送されたフロック化した汚泥は、生きた微生物を解体可溶化することなく、その結果比表面積が増加する。
【００１７】
更に、気液混合装置により、汚泥に気液を導入し、酸素が十分に行き渡る状態を作り、曝気槽における曝気効率を低下させること無く微生物活性を上げる（活性化処理）。
【００１８】
このように、返送汚泥は、解砕化処理及び気液混合処理が施されて、曝気槽に返送される。これにより、これまでの返送汚泥流入による一時的な低活性状態を改善して、曝気槽全体の微生物による消化領域を十分に保持することで、未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来るため、終末の余剰汚泥発生量を減少させようとするものである。
【００１９】
なお、ここで言う「沈殿槽から排出される汚泥の返送ライン」には、沈殿槽から引き抜かれた汚泥が曝気槽に返送されるラインのみならず、汚泥貯留槽を有する場合には汚泥を沈殿槽から汚泥貯留槽に送流した後、汚泥貯留槽から汚泥を引き抜いて曝気槽に返送するラインも含むものである。
【００２０】
また、上記高圧ポンプは、シリンダー内を往復移動することにより加圧ポンプ室内に流体を吸引するとともに、上記加圧ポンプ室内の流体を吐出するプランジャーと、上記プランジャーに所定の間隔を介して配置されるとともに、上記プランジャーを両持ち支持する第１の軸受及び第２の軸受と、上記第１の軸受と上記第２の軸受との間に配置されるとともに、上記プランジャーを冷却する冷却部と、上記プランジャーの外周に摺接配置され、上記加圧ポンプ室からの流体漏れを防止するシール部と、を有するポンプヘッドを備えていてもよい。
【００２１】
また、上記気液混合装置は、円筒形の密閉容器と、上記密閉容器内に流体を導入する流体導入管と、上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていてもよい。
【００２２】
また、上記噴射口が上記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていてもよい。
【００２３】
また、上記解砕化促進室の内径が上記噴射口の内径の２００倍以上に設定されていてもよい。
【００２４】
また、上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなるようにしてもよい。
【００２５】
上記ノズル構造によると、中央の吸込孔を通じて密閉容器内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が形成され、この気体柱を通じて密閉容器外の気体が密閉容器内へ入り易くなり、その結果、周囲の噴出孔から密閉容器内の気液が排出し易くなり、気液の排出効率が向上する。また、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込みの動作により、それらの孔の近くにおいて複雑な乱流が生じ、このような乱流によって気液の混合がより一層促進され、液中の溶存酸素量を増加させることができるという作用効果も得られる。
【００２６】
また、上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けてもよい。このように構成すれば、噴出孔から排出された気液の一部を吸込孔が吸い込む際に、噴出孔から排出された混在物を吸い込んだとしても、吸込孔の目詰まりは生じない。
【００２７】
また、上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていてもよい。上記のような吐出筒を取り付けた構成によると、吸込孔から吸込まれるのは噴出孔から排出された気液中の気体のみとなり、吐出筒の出口付近は噴出孔から排出された気液で占有されることから、気液混合装置外部からの大きなごみを吸引しないで、吸込孔の目詰まりが生じなくなるという作用効果が得られる。もし仮に、この吐出筒を排除すると、噴出孔から排出された気液以外の液体も吸込孔が吸い込んでしまうおそれがあり、大型の液中混在物が吸込孔に詰まる可能性があるため、上記のように流体吐出口の流体吐出側には吐出筒を取り付けるのが好ましい。
【００２８】
さらに、上記吐出筒を採用した構成においては、更に、上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備える構成を採用してもよい。
【００２９】
上記のような気体導入管を備える構成によると、流体吐出口の出入口付近では、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込み動作に、さらに気体導入管を介する気体の吸込み動作が加わって、より一層複雑な乱流が発生し、気液の混合が更に促進され、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、上述のように構成されたいずれか１つの余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽の底部に接続された排泥管を介してこの底部に沈殿した汚泥を上記余剰汚泥減容化装置に送るポンプと、を有し、上記返送汚泥ラインは、上記ポンプにより送られた汚泥を上記曝気槽に返送するものであり、上記余剰汚泥減容化装置は上記返送汚泥ラインに組み込まれていることを特徴とする。
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明は、上述のように構成されたいずれか１つの余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、上記沈殿槽により固液分離された汚泥を汲み上げる水中ポンプと、を有し、上記余剰汚泥減容化装置は、上記水中ポンプにより汲み上げられた汚泥を解砕化処理及び気液混合処理して上記曝気槽に返送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、上記の如く、曝気槽から排出されたフロック化した汚泥を沈殿槽あるいは汚泥貯留槽を介して高圧ポンプにより高圧圧送して解砕化装置に送り、解砕化装置によりこのフロック化した汚泥を解砕化し、その解砕化された汚泥に対し気液混合装置により気液を導入し活性化させて曝気槽に返送されるようにした。これにより、曝気槽に返送される汚泥全体の比表面積が増えるとともに、気液を導入することにより、解砕された汚泥の活性度が向上するので、曝気槽の持つ本来の能力が回復され、その結果余剰汚泥の減容化を図ることができる。
【００３３】
つまり、従来の可溶化処理した返送汚泥は微生物が死滅した状態のものであり、曝気槽にこれを返送すれば、微生物の処理容量が増加することに繋がる。これに対し、本発明においては、曝気槽には溶存酸素濃度の高い微生物が生存する汚泥が投入されることとなり、その結果、これを曝気槽に返送しても、処理容量の増加には繋がらない。一方で、処理する側、すなわち、捕食する側の微生物の増加に寄与することができるので、従来に比して曝気槽における処理能力の本来の回復が図れ、更に未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来る。その結果、余剰汚泥の減容化が図れることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図であり、この排水処理施設Ｓ１は、調整槽１、曝気槽２、沈殿槽３、汚泥貯留槽４及び余剰汚泥減容化装置５を備え、沈殿槽３あるいは汚泥貯留槽４から排出された汚泥を解砕化、気液混合処理し、再度曝気槽２に返送するよう構成されている。この図１に示す排水処理施設Ｓ１においては、本発明の余剰汚泥減容化装置５を返送汚泥ラインＬ１に組み込んでいる。
【００３６】
調整槽１は、工場などから排出された有機性排水を貯留するとともに、その下流に位置する曝気槽２への流量を調整するための調整手段として機能するものである。
【００３７】
曝気槽２は、ポンプ１００Ａにより調整槽１から有機性排水が供給されるとともに、この供給された有機性排水に対し曝気、すなわち空気を送り込むように構成されている。有機性排水に曝気を行うと、空気中や排水などから曝気槽２内に入り込み生息する微生物が、有機性排水の中の汚濁成分を捕食する。すると、汚水が浄化されるとともに、曝気槽内の微生物の一部には、自身の出す粘液により有機物質を塊としたフロックを形成する。曝気槽２内の微生物は、排水中の栄養物を摂取しながら自己増殖を繰り返す。このため、調整槽１から流入してくる排水とともに増殖した微生物（汚泥）は、定期的に曝気槽２から送流される。
【００３８】
沈殿槽３は、この曝気槽２から送り込まれた活性汚泥を沈降させ固液分離、すなわち、汚泥フロックと上澄み液とに分離し、上澄み液は処理水として自然水界、下水道へ放流される、あるいは中水として再利用される。一方、沈降した汚泥フロックは、バルブ３１Ａの開閉とポンプ１００Ｂにより、一部は返送汚泥ラインＬ１に組み込まれた余剰汚泥減容化装置５に送られ、余剰汚泥減容化装置５において解砕化処理、気液混合処理が施されて再度曝気槽２に返送される。他方、残りの余剰汚泥は、バルブ３１Ｂの開閉により汚泥貯留槽４に送られ、その後、汚泥貯留槽４からバキュームされ、タンクローリーなどに積載され、外部に搬出するか、または、（図示しない）スクリュープレスなどの脱水装置で圧搾しながら脱水され、脱水ケーキとして焼却炉で焼却処理されたり、埋め立て処理されている。
【００３９】
この焼却処理されたり、埋め立て処理されたりする余剰汚泥の量を削減するために、本発明の余剰汚泥減容化装置あるいは余剰汚泥減容化システムが利用される。以下詳細に説明する。
【００４０】
余剰汚泥減容化装置５の主要な構成は、高圧ポンプ１００、解砕化装置２００及び気液混合装置３００からなる。更に、沈殿槽３からポンプ１００Ｂにより供給された汚泥内に混入している枯れ葉など大きな浮遊物を除くためのスクリーン５１と、スクリーン５１により大きな浮遊物が取り除かれた汚泥を貯留するための受水ピット５２と、高圧ポンプ１００と解砕化装置２００及び気液混合装置３００の動作を統括制御する制御盤５３と、気体導入管３１０の途中に組み込まれるとともに、気体導入管３１０による気体の吸込み量を検出して制御盤５３へ送出するセンサ付き流量計５４と、が付随して構成されている。
【００４１】
次に高圧ポンプについて図２から５を参照して詳細に説明する。なお、以下において汚泥を流体として説明する。
【００４２】
図２は高圧ポンプの概略構成を示すブロック図、図３は高圧ポンプの構造を示す部分断面図、図４はポンプヘッドの構造を示す断面図、図５は図４に示すポンプヘッドの正面図である。
【００４３】
図２に示すように、高圧ポンプ１００は、サーボモーター１０１、ボールスクリュー１０２、プランジャー接続部１０３及びポンプヘッド１０４からなる。なお、以下においては、駆動方式としてサーボモーター方式を用いているが、駆動方式はこれに限定されるものではなく、その他の駆動方式、例えば、油圧シリンダー方式、空気圧シリンダー方式、クランクシャフト作動などの何れの駆動方式でも適用可能である。
【００４４】
サーボモーター１０１は、上記制御盤５３によりモーターの回転方向が制御される。ボールスクリュー１０２は、このサーボモーター１０１の回転に同期して回転し、この回転方向に応じてプランジャー接続部１０３を介してポンプヘッド１０４のプランジャー１１８を進退動作させる。
【００４５】
次に、ポンプヘッド１０４について説明する。
【００４６】
図３に示すように、ポンプヘッド１０４には、ヘッドプレート１２３に形成された流体流路１３８に継手１０６を介してチェック弁１０５が接続されているとともに、ヘッドプレート１２３に形成された空気流路１０９に継手１０８を介してエア抜きバルブ１０７が接続されている。また、プランジャー１１８にはフレキシブルジョイント１１４を介してプランジャー接続部１０３が接続されている。
【００４７】
チェック弁１０５は、入口側チェック弁１０５Ａと出口側チェック弁１０５Ｂとから成り、プランジャー１１８の往復動作に同期してそれぞれのチェック弁１０５Ａ、１０５Ｂが開閉することにより流体が吸入され吐出される。具体的には、プランジャー１１８が図３中矢印Ａ方向に移動すると、入口側チェック弁１０５Ａが開放され、流体が流体流路１３８を通って加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸い込まれる。他方、プランジャー１１８が矢印Ｂ方向に移動すると、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体が圧縮され、これに同期して出口側チェック弁１０５Ｂが開放され流体が吐出される。なお、入口側チェック弁１０５Ａも出口側チェック弁１０５Ｂも共に逆止弁から構成されており、流体を一方向にのみ通過させるようになっている。
【００４８】
エア抜きバルブ１０７は、加圧ポンプ室１２２Ａ内の空気抜きを行うものであり、加圧ポンプ室１２２Ａの空気を空気流路１０９を介して排出するよう構成されている。
【００４９】
次に図４及び図５を参照して本発明のポンプヘッドの構成について説明する。なお便宜上、図４中ヘッドプレート１２３側を「前」、プランジャー接続部１０３側を「後」として説明する。
【００５０】
ポンプヘッド１０４は、円筒状のシリンダー１２２、シリンダー１２２内に収容された円柱状のプランジャー１１８、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とを接続するフレキシブルジョイント１１４、ヘッドプレート１２３、ベースプレート１２４、ベースプレート１２５及びポスト１２６を有する。
【００５１】
ヘッドプレート１２３には、図示しない貫通孔が４箇所形成されており、この４箇所の貫通孔にはボルト１３５が軸通されている。また、ベースプレート１２４には図示しない貫通孔が４箇所形成されており、シリンダー１２２は、ヘッドプレート１２３とベースプレート１２４との間にボルト１３５を用いて固定されている。より詳しくは、ベースプレート１２４の所定の位置にシリンダー１２２の後端面を位置決め配置する。他方、ヘッドプレート１２３にシリンダー１２２の前端面を当接させ、ヘッドプレート１２３の図示しない貫通孔にボルト１３５を軸通させるとともに、ボルト１３５の先端を図示しないベースプレート１２４の貫通孔にネジ止めし、ナット１３４をボルト１３５に螺合して締め付けを行う。すると、ベースプレート１２４とシリンダー１２２とヘッドプレート１２３とがそれぞれ一体化される。
【００５２】
また、図４に示すように、シリンダー１２２内にはスペーサ１２７を介してプランジャー１１８が挿入され、プランジャー１１８の前端面とヘッドプレート１２３との間には加圧ポンプ室１２２Ａが形成されるとともに、プランジャー１１８先端の対応する位置には、ヘッドプレート１２３に形成された流体流路１３８が位置している。この流体流路１３８の一方としての入口は加圧ポンプ室１２２Ａと連通しており、他方の出口は図４に示すようにチェック弁１０５と接続するための継手１０６と連通している。
【００５３】
スペーサ１２７の後端側には第１の軸受１２８Ａが配置されているとともに、プランジャー１１８の後端側には、後述するシールケース１２９、ランタンリング１３０、スタッド１３１を介して第２の軸受１２８Ｂが配置されており、これら２つの軸受１２８Ａ、１２８Ｂによりプランジャー１１８が軸支されている。これら第１の軸受１２８Ａ及び第２の軸受１２８Ｂは共にベアリング（すべり軸受け）から構成されており両軸受１２８Ａ、１２８Ｂにプランジャー１１８が軸通されることにより、プランジャー１１８は前方側と後方側とにより両持ち支持される。なお、第１の軸受１２８Ａは、プランジャー１１８の下死点、すなわちプランジャー１１８が図４中矢印Ａ方向に移動する最大の点よりも手前（図４中Ｂ方向）に配置されている。このように、プランジャー１１８は第１の軸受１２８Ａと第２の軸受１２８Ｂにより両持ち支持されているので、プランジャー１１８の往復動作間においてもプランジャー１１８の軸芯がずれることなく後述するロッドシール（シール部）１３２Ａに対し偏摩擦を生ずることを防止することができる。
【００５４】
また、第１の軸受１２８Ａの後側には、ロッドシール１３２Ａ（シール部）が配置されており、このロッドシール１３２Ａは、シールケース１２９によりシリンダー１２２とプランジャー１１８との間に、プランジャー１１８表面に摺接するよう配置されている。このロッドシール１３２Ａは、加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸引された流体が漏れないようシールするための部材であり、例えば、Ｕパッキン（断面がＵ字形のリップパッキン）、Ｖパッキン（断面がＶ字形のパッキン）などが適用可能である。他方、シールケース１２９には、シールケース１２９とシリンダー１２２との間の隙間を塞ぎ、後述するランタンリング１３０に注水される冷却水が漏れないようにするためのシール部材例えばＯリング１３３Ａが装着されている。
【００５５】
シールケース１２９の後端側にはランタンリング１３０が配設されている。ランタンリング１３０は環状部材からなり、この環状部材の外周面と内周面にはそれぞれ周方向に溝が設けられているとともに、それぞれの溝は図示しない連通孔で適宜に連通されている。シリンダー１２２には給水孔と排水孔が穿設されており、この給水孔と排水孔には継手１３０Ａ、１３０Ａを介して給水ホース１３０Ｂ、排水ホース１３０Ｃがそれぞれ接続されている。そして、給水ホース１３０Ｂから給水された冷却水は、給水孔を経てランタンリング１３０の外周面に供給されることにより、図示しない連通孔を介してプランジャー１１８とシールケース１２９との間の摺動隙間１２２Ｂに冷却水が供給され、プランジャー１１８の表面が冷却される。これによりプランジャー１１８の高温化を防止することができ、その結果ロッドシール（シール部）１３２Ａの熱による劣化を防止することができシール部の耐久性を向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、加圧ポンプ室１２２Ａ内に吸引された流体が汚泥、すなわち、いわゆるスラリーであるので、第１の軸受１２８Ａを通過しロッドシール１３２Ａとプランジャー１１８との間にスラリーが噛み込み、更にシールケース１２９とプランジャー１１８との間の摺動隙間１２２Ｂまでスラリーが侵入する可能性もある。このような場合には、冷却水をランタンリング１３０に注入すると、プランジャー１１８の表面を冷却するだけでなく、冷却水が前記摺動隙間１２２Ｂにも漏れ出すこととなるので、摺動隙間１２２Ｂに侵入したスラリーを洗い流すこともできる。摺動隙間１２２Ｂ内に侵入したスラリーをそのままにしてプランジャー１１８の往復移動を行うと、プランジャー１１８が傷ついたり、プランジャー１１８とスラリーとの間で摩擦が生じ、プランジャー１１８表面が更に高温化する可能性がある。本発明のポンプヘッド１０４においては、これらの要因と成り得るスラリーを洗い流すことができるので、このスラリーに起因するプランジャー１１８の故障やプランジャー１１８の高温化を防止することができる。
【００５７】
また、ランタンリング１３０の後面側には、スタッド１３１が配設されており、このスタッド１３１により、シリンダー１２２とスタッド１３１との間の隙間を埋めるべくＯリング１３３Ｂが、プランジャー１１８とスタッド１３１との間の隙間を埋めるべくロッドシール１３２Ｂがそれぞれ配設されており、ランタンリング１３０に給水された冷却水が第２の軸受１２８Ｂの方に漏れないようになっている。第２の軸受１２８Ｂはプランジャー１１８とスタッド１３１との間に配設され緩み止めナット１３９により締め付け固着され、プランジャー１１８を軸支するようになっている。
【００５８】
次いで、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３との接続構造について説明する。プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とはフレキシブルジョイント１１４を介して接続されている。より詳細に説明すると、プランジャー１１８の後端にはジョイントスタッド１１９が取り付けられており、このジョイントスタッド１１９には中央部に嵌挿孔が穿設されたプランジャージョイント１２０が嵌合装着されており、ジョイントスタッド１１９の先端部には円板状のフランジ１２１Ａを有するジョイントヘッド１２１が固着されている。一方、プランジャー接続部１０３の先端部にもジョイントスタッド１１１が取り付けられており、このジョイントスタッド１１１を介して円板状のフランジ１１３Ａを有するジョイントヘッド１１３が固着されている。
【００５９】
そして、プランジャー１１８とプランジャー接続部１０３とは、プランジャー１１８側のフランジ１２１Ａとプランジャー接続部１０３側のフランジ１１３Ａとを突き合わせ状態で下側結合部材１１５Ａに嵌め込まれ、この状態で上側結合部材１１５Ｂ（図３参照）を上から被せて４箇所ねじ止めされる。この際、プランジャー接続部１０３側のフランジ１１３Ａよりプランジャー１１８側のフランジ１２１Ａの方が円板の径が小さく形成されているので、フランジ１２１Ａと、下側結合部材１１５Ａ及び上側結合部材１１５Ｂとの間には隙間１１６ができる。同様に、ジョイントヘッド１２１と下側結合部材１１５Ａ及び上側結合部材１１５Ｂとの間にも隙間１１７ができる。すなわち、これら隙間１１６、１１７が遊びになり、プランジャー１１８に軸芯ずれが生じた場合には、そのずれをこの遊びが吸収することとなる。このフレキシブルジョイント１１４を用いることにより、部品製作上の誤差やポンプの組立て誤差を吸収し、軸芯ずれが補正される。
【００６０】
ベースプレート１２４及びベースプレート１２５には図示しない貫通孔がそれぞれ４つずつ穿設されており、ベースプレート１２４とベースプレート１２５との間にはポスト１２６が配設されており、ベースプレート１２４の貫通孔にボルト１３６を嵌挿し、ベースプレート１２５の貫通孔にスタッド１３７を嵌挿することにより、ベースプレート１２４とポスト１２６とベースプレート１２５とが一体化される。なお、ベースプレート１２４とベースプレート１２５とにはそれぞれ中央部に貫通孔が穿接されており、このそれぞれの貫通孔にはフレキシブルジョイント１１４によりプランジャー接続部１０３と接続されたプランジャー１１８が軸通している。
【００６１】
次にこのように構成されたポンプヘッド１０４の動作について図２〜５を参照して説明する。
【００６２】
ポンプヘッド１０４は流体の吸入工程と吐出工程とを繰り返し行うこととなるので、以下においては、吸入工程と吐出工程とに分けて説明する。
【００６３】
まず、吸入工程においては、図１に示す制御盤５３の制御のもとサーボモーター１０１
が正転動作し、この正転動作に同期してボールスクリュー１０２が回転するとともに、この回転動作に同期してプランジャー接続部１０３を介してプランジャー１１８が図３中矢印Ａ方向に移動する。すると、加圧ポンプ室１２２Ａの容積が拡張するとともに、入口側チェック弁１０５Ａが開き流体流路１３８を介して流体が加圧ポンプ室１２２Ａ内に流入し、プランジャー１１８が下死点に移動すると吸入工程は終了する。
【００６４】
一方、吐出工程においては、制御盤５３の制御のもとサーボモーター１０１が逆転動作し、この逆転動作に同期してボールスクリュー１０２が回転するとともに、この回転動作に同期してプランジャー接続部１０３を介してプランジャー１１８が図３中矢印Ｂ方向に移動する。すると、加圧ポンプ室１２２Ａの容積が縮小され、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体に圧力がかかり、出口側チェック弁１０５Ｂが開き、加圧ポンプ室１２２Ａ内の流体が流体流路１３８を介して吐出される。
【００６５】
ポンプヘッド１０４においては、これら吸入工程及び吐出工程を繰り返し行うこととなるが、この際に、同時に冷却工程が行われる。すなわち、プランジャー１１８の表面の高温化を防止すべく、運転開始時から給水ホース１３０Ｂから継手１３０Ａを介してランタンリング１３０に冷却水が連続して注入される。この冷却水はプランジャー１１８表面をつたって継手１３０Ａを介して排水ホース１３０Ｃから排出される。また、この際、ランタンリング１３０に注入された冷却水は、摺動隙間１２２Ｂ内に侵入する。この際に、摺動隙間１２２Ｂ内にスラリーが上記のようにして侵入していた場合には、このスラリーを洗い流せることとなる。なお、ポンプ起動時でまだ空の状態若しくは運転中に空気を吸ってしまい、高圧ポンプ１００が加圧出来ない場合には、エア抜きバルブ１０７を手動で開閉することでエア抜きが行われる。
【００６６】
また、このプランジャー１１８の往復動作の際には、第１の軸受９Ａと第２の軸受９Ｂとで両持ち支持されているので、軸芯のずれを防止することができる。
【００６７】
なお、上記説明においては、プランジャー１１８の駆動手段としてサーボモーター１０１を用いたが、この駆動手段はサーボモーターに限定されるものではなく、例えば、油圧、空気圧等の各種シリンダー等、プランジャー１１８に接続し進退動作させることが可能な駆動手段であれば種々の駆動手段が適用可能である。
【００６８】
また、上記説明においては、ポンプヘッド１０４が単数として説明したが、このポンプヘッド１０４は単数である必要はなく、例えば、クランクシャフトなどを介して複数並列に配設することも可能である。このようにポンプヘッド１０４を複数配設すれば吐出容量を増加させることができる。
【００６９】
次に、解砕化装置について図６〜１１を参照して説明する。
【００７０】
図６は解砕化装置を示す全体図、図７は図６の解砕化装置の正面図、図８は図６の解砕化装置における噴射ノズルを示す拡大図、図９は図８の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図、図１０は図８の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図、図１１は図６の解砕化装置における流体の流れを示す図である。
【００７１】
まず、解砕化装置の構成について説明する。
【００７２】
図６に示す解砕化装置２００は、高圧ポンプ１００により高圧圧送された流体を解砕化するための装置である。この装置は噴射ノズル２５０を含むノズルアッセンブリー２１１と、ノズルアッセンブリー２１１の一端に連結された高圧配管２１２と、他端に連結された低圧配管２１３とから構成されている。
【００７３】
ノズルアッセンブリー２１１は、円柱形のフランジ２２１とケース２２２とからなる密閉ケース内に噴射ノズル２５０を収容したものである。密閉ケースはフランジ２２１とケース２２２の端面どうしを突き合わせ、フランジ２２１から挿通したボルト２３１をケース２２２に締結することで一体化されている。本実施形態では、図７に示すようにフランジ２２１の周縁部に等間隔で６個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト２３１を軸線方向に締結してある。
【００７４】
フランジ２２１の軸心には導入口２２３が開口している。導入口２２３の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口２２３には直線的に延びる導入流路２２４が連通しており、導入流路２２４の下流側は更に２つの流路に分岐され、導入流路２２４に平行な分岐流路２２５，２２５を設けてある。分岐流路２２５は導入流路２２４を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路２２５の数を２つとしたが、これに限らず、例えばフランジ２２１の軸心周りに等間隔で３つ以上設けてあっても構わない。
【００７５】
フランジ２２１には導入流路２２４に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路２２４と分岐流路２２５とを連通する際に形成した加工用孔２２６である。したがって、この加工用孔２２６を塞ぐため、加工用孔２２６の開口端に雌ネジ２３２が形成されており、雌ネジ２３２には盲栓２３３がグランドナット２３４によってねじ込み固定されている。
【００７６】
前記構造からなるノズルアッセンブリー２１１は、その上流側に高圧配管２１２が連結される。その連結構造はフランジ２２１の端面中心部にも雌ネジ２３５を形成し、雌ネジ２３５に高圧配管２１２の一端をグランドナット２３６によってねじ込み固定したものである。
【００７７】
高圧配管２１２と導入口２２３との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管２１２の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口２２３の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管２１２先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００７８】
このようにして、高圧配管２１２の開口端は導入口２２３に連通し、解砕化処理対象となる流体が高圧配管２１２から導入口２２３を介して導入流路２２４内に導入されるようになっている。
【００７９】
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。
【００８０】
図８に拡大して示すように、噴射ノズル２５０は、密閉ケースをフランジ２２１とケース２２２の結合構造にした関係上、フランジ２２１の端面に設けたシール部材とケース２２２の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路２２５について共通する構造である。
【００８１】
シール部材は円環状のガスケット２５１とそれと同径のシール２５２とからなる。両者はフランジ２２１の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体２５３とノズルアダプタ２５４とからなる。両者はケース２２２の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔２５５からなる流路が形成される。
【００８２】
そしてシール２５２とノズルアダプタ２５４との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ２５４の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール２５２の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ２５４先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００８３】
ノズル本体２５３の管内には微小孔を有するオリフィス２５６が設けられ、細孔２５５の流路が更に絞られている。よって、細孔２５５から噴射口２５７を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口２５７から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス２５６の径は０．１〜２ｍｍ程度、長さは０．５〜１ｍｍ程度とするのが良い。また、ノズル本体２５３の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス２５６は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
【００８４】
噴射ノズル２５０の下流側には低圧配管２１３が連結される。その連結構造は図６に示すようにケース２２２の端面にノズル噴射口２５７に比して極めて大径の開口部２２７を形成し、開口部２２７に低圧配管２１３の一端を嵌合したものである。
【００８５】
このようにして、低圧配管２１３の開口端は噴射口２５７に連通し、噴射口２５７から噴射された高速流体が低圧配管２１３の内部に排出されるようになっている。
【００８６】
低圧配管２１３の内部には空洞部からなる解砕化促進室２４１が設けられている。解砕化促進室２４１内は大気圧であるため、噴射口２５７から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき解砕化促進室２４１内が流体で満たされていると、図９に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
【００８７】
したがって、解砕化促進室２４１内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の解砕化処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、解砕化促進室２４１と
分岐流路２２５とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図８に示す解砕化促進室２４１の内径Ｒ１がノズル噴射口２５７の内径Ｒ２の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００８８】
また、噴射ノズル２５０から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口２５７が分岐流路２２５の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図１０は高速流体が分岐流路２２５の軸線に対して５°の傾きを持って噴射されるように噴射口２５７の角度を設定した例を示す。なお、噴射口２５７の傾斜角度についてはもちろん５°に限られるものではない。例えば噴射口２５７から噴射された高速流体がケース２２２や低圧配管２１３の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
【００８９】
さらに、本実施形態では低圧配管２１３の他端に排出口２４２を形成してある。排出口２４２は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、解砕化促進室２４１の内部で解砕化処理された流体は排出口２４２を介して排出配管（図示略）へと排出される。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態の解砕化装置２００では特に噴射ノズル２５０をシール部材とアダプタ部材の２つの部材で構成し、両者を結合するフランジ２２１とケース２２２をボルト２３１で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
【００９１】
次に、解砕化装置の作用について説明する。
【００９２】
図１１に示す解砕化装置２００において、解砕化すべき物質を含む高圧流体は高圧配管２１２から導入口２２３を介して導入流路２２４内に導入される。これが導入流Ｆ１である。
【００９３】
次に、この導入流Ｆ１は２つの分岐流路２２５，２２５によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流Ｆ２，Ｆ３は個別に噴射ノズル２５０内に導入される。このとき、分岐流路２２５内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は高圧状態を維持したままである。
【００９４】
噴射ノズル２５０内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は、図８で説明したように、細孔２５５から噴射口２５７を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口２５７を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管２１３の内部の解砕化促進室２４１に噴射される。
【００９５】
解砕化促進室２４１は流体で満たされており、噴射ノズル２５０から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、解砕化促進室２４１内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に２つの噴射口２５７，２５７から噴射された流体が合流し、ジェット流Ｆ４，Ｆ５と旋回流Ｆ６，Ｆ７との乱流状態を形成する。したがって、解砕化促進室２４１内においては、２つの高速流から誘起されたキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の解砕化処理が効率良く進行する。
【００９６】
最後に、解砕化促進室２４１で解砕化処理された流体は、低圧配管２１３から排出口２４２を介して排出配管へと排出される。これが排出流Ｆ８である。
【００９７】
このように、解砕化装置２００においては、解砕化促進室２４１内で、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の解砕化処理が行われる。よって、この解砕化処理によりフロック化された汚泥は、その内部の微生物を死滅させずにバラバラにすることができ、その結果、汚泥全体の比表面積を大きくすることができるので、汚泥内の微生物が取り付く場を増大させることが出来る。
【００９８】
次に、気液混合装置について図１２〜図１４を参照して説明する。なお、以下の気液混合装置における説明において、流体と言うときは、上記解砕化された汚泥のことである。
【００９９】
図１２は、気液混合装置の断面図、図１３はノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図、図１４は気液混合装置の設置状態を示す説明図である。
【０１００】
気液混合装置３００は、図１４のように曝気槽２の水面の上部に設置されるとともに、図１２に示したように、（１）円筒形の密閉容器３２０と、（２）解砕化装置２００の排出口２４２側に管継ぎ手３１２を介して連結され、解砕化装置２００の排出口２４２側から吐出した流体（解砕化された汚泥）を密閉容器３２０内に導入する流体導入管３２１と、（３）密閉容器３２０内から外部へ気液を吐出させる流体吐出口３２２と、（４）流体吐出口３２２に取り付けられた吐出筒３２３と、（５）吐出筒３２３に取り付けられた気体導入管３１０とを備えて構成される。
【０１０１】
気液混合装置３００においては、流体導入管３２１が、密閉容器３２０の内外周壁を貫通して該密閉容器３２０内に入り込み、この入り込んだ流体導入管３２１の先端部が、流体導入口３２４として密閉容器３２０の内底面に近接して開口するように構成した。このため、流体導入口３２４から密閉容器３２０内へ導入された流体は、密閉容器３２０の内側円弧面に沿って左右方向（密閉容器３２０の左右内端面方向）へ扇状に薄層拡散し、密閉容器３２０内で高速の渦流を形成する。また、その高速渦流は密閉容器３２０の内端面方向へ向うため、上記流体吐出口３２２は密閉容器３２０の端面に開口した。
【０１０２】
また、気液混合装置３００においては、気液の排出効率を高めることと、気液の混合程度をより一層向上させる観点より、上記流体吐出口３２２には図１３（ａ）（ｂ）に示すノズル構造３３０を採用した。
【０１０３】
このノズル構造３３０は、（１）流体吐出口３２２の中心部に、オリフィスからなる吸込み用の孔（以下「吸込孔３３１」という）を１つ設けるとともに、この吸込孔３３１の周囲に、微細気泡を形成するための少なくとも２以上の噴出し用の孔（以下「噴出孔３３２」という）を設けたものである。このような孔構成からなるノズル構造３３０によると、中央の吸込孔３３１を通じて密閉容器３２０内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が作られ、この気体柱を通じて密閉容器３２０外の気体が密閉容器３２０内へ入り易くなり、その結果、噴出孔３３２から効率よく密閉容器３２０内の気液を排出させることが可能となる。
【０１０４】
以上の構成からなる気液混合装置３００では、ノズル構造３３０の噴出孔３３２から気液が噴出し、流体吐出口３２２の下流、具体的には噴出孔３３２の流体吐出側付近が陰圧となる。この陰圧を利用して気体導入管３１０から自然に空気を吸い込ませるようにするため、気体導入管３１０の一端は流体吐出口３２２の流体吐出側陰圧部に開口し、同気体導入管３１０の他端は大気側に開口した。気液混合装置３００は自然吸気式であるから、コンプレッサ等を用いた強制給気式のような動力系は不要である。
【０１０５】
また、気液混合装置３００の流体吐出口３２２付近では、吸込孔３３１と噴出孔３３２とを介して行われる流体の吐出と吸込み動作に、気体導入管３１０を介する気体の吸込み動作が加わり、吐出筒３２３内で複雑な乱流が発生し、気液の混合が行われ、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【０１０６】
このように構成された気液混合装置３００は、図１に示すように解砕化装置２００に接続されるとともに、図１４に示すように曝気槽２に設置される。具体的には、気液混合装置３００の流体導入管３２１が返送汚泥の排出口２４２に接続され、気液混合装置３００から曝気槽２へ溶存酸素濃度を高めて返送汚泥を吐出供給する。
【０１０７】
この際、返送汚泥の吐出口３１１Ａは図１４のように曝気槽２前段の水面上部に設けられるため、その排出口２４２に接続された図１２の気液混合装置３００は、曝気槽２前段に溶存酸素濃度を高めて返送汚泥を吐出供給する。このように構成することにより、従来より曝気槽２の処理能力低下の要因となっていた曝気槽２前段の低溶存酸素濃度水域を高溶存酸素濃度水域に改善することができ、曝気槽２全体が微生物活性の高い高濃度の溶存酸素水域となり、排水処理施設における浄化能力の向上を図れる。
【０１０８】
この気液混合装置３００により、解砕化され比表面積が大きくなり微生物が取り付く場が増大した汚泥粒子に対し、更に、気体を混合導入するので、微生物の更なる消化活性化を促すことが出来る。
【０１０９】
以上説明した通り、本発明においては、沈殿槽３から余剰汚泥として排出された汚泥の一部を、余剰汚泥減容化装置５に送り、解砕化処理及び気液混合処理を施して再度曝気槽２に返送する。これにより、曝気槽２には溶存酸素濃度の高い微生物が生存する汚泥が投入されることとなり、その結果、これを曝気槽２に返送しても、処理容量の増加には繋がらない。一方で、処理する側、すなわち、捕食する側の微生物の増加に寄与することができるので、従来に比して曝気槽２における処理能力の本来の回復が図れ、更に未だ消化されていない汚水中の栄養物を十分に処理することが出来る。その結果、余剰汚泥の減容化が図れることとなる。
【０１１０】
更に、本発明の他の実施形態における余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設について図１５を参照して説明する。なお、上記排水処理施設Ｓ１と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明は上記Ｓ１においてしたのと同様であるので詳細な説明は省略し、ここでは相違する点のみ説明する。
【０１１１】
この排水処理施設Ｓ２においても、調整槽１、曝気槽２、沈殿槽３、汚泥貯留槽４及び余剰汚泥減容化装置５を有するが、上記排水処理施設Ｓ１とは、余剰汚泥減容化装置５が返送汚泥ラインＬ２に組み込まれていない点において相違する。
【０１１２】
すなわち、この排水処理施設Ｓ２においては、汚泥貯留槽４に水中ポンプ１００Ｄを投入し、この水中ポンプ１００Ｄにより曝気槽２に返送する汚泥を吸引して、その吸引した汚泥を余剰汚泥減容化装置５に送るように構成されており、返送汚泥ラインＬ２は別途設けられている点が上記排水処理施設Ｓ１と相違する。
【０１１３】
活性汚泥法を利用した排水処理施設においては、通常、返送汚泥ラインが予め配設されているが、この返送汚泥ラインに本発明の余剰汚泥減容化装置５を組み込むのは面倒である。しかしながら、図１５に示す排水処理施設Ｓ２のように、余剰汚泥減容化装置５に供給する汚泥を汚泥貯留槽４から水中ポンプ１００Ｄにより吸引することにより、既存の設備を変えることなく、容易に余剰汚泥減容化装置５を追加することが可能となる。
【０１１４】
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の余剰汚泥減容化装置を用いて解砕化処理及び活性化処理をする前と後の汚泥中の一般細菌群数の比較を行った実験結果を以下の表１に示す。
【０１１５】
【表１】
試水として３７℃で４８時間平板寒天培養した汚泥（返送汚泥）を用い、この汚泥を高圧ポンプにより１２．０ＭＰａの圧力で解砕化装置に圧送し、解砕化処理及び活性化処理を施して曝気槽に返送した。その際のＣＦＵ（Ｃｏｌｏｎｙ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｕｎｉｔ）／ｍｌ、すなわち、単位容量あたりのＣＦＵ数を処理前と処理後で３回にわたり計測しその平均値を算出して比較した。
【０１１６】
その結果、処理前では３．６×１０８（ＣＦＵ／ｍｌ）であったものが、処理後では５．１×１０６（ＣＦＵ／ｍｌ）となり、処理前と比較すると若干微生物は少なくなってしまっているが、多くの微生物が死滅せず生存しているという実験結果が得られた。
【０１１７】
以上の実験結果より、本発明の余剰汚泥減容化装置によれば、従来のように微生物を可容化して全て死滅させてしまうことなく、微生物が生存した状態のままの汚泥を曝気槽に返送可能であり、曝気槽内の処理能力の向上が図れることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図。
【図２】高圧ポンプの概略構成を示すブロック図。
【図３】高圧ポンプの構造を示す部分断面図。
【図４】ポンプヘッドの構造を示す断面図。
【図５】図４に示すポンプヘッドの正面図。
【図６】解砕化装置を示す全体図。
【図７】図６の解砕化装置の正面図。
【図８】図６の解砕化装置における噴射ノズルを示す拡大図。
【図９】図８の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図。
【図１０】図８の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図。
【図１１】図６の解砕化装置における流体の流れを示す図。
【図１２】気液混合装置の説明図。
【図１３】ノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図である。
【図１４】気液混合装置の設置位置を示す図。
【図１５】本発明の他の余剰汚泥減容化システムを適用した排水処理施設の概略構成図。
【符号の説明】
【０１１９】
Ｓ１、Ｓ２ 排水処理施設
１ 調整槽
２ 曝気槽
３ 沈殿槽
４ 汚泥貯留槽
５ 余剰汚泥減容化装置
３１Ａ、３１Ｂ バルブ
５１ スクリーン
５２ 受水ピット
５３ 制御盤
５４ 流量計
１００ 高圧ポンプ
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ ポンプ
１０１ サーボモーター
１０２ ボールスクリュー
１０３ プランジャー接続部
１０４ ポンプヘッド
１０５ チェック弁
１０５Ａ 入口側チェック弁
１０５Ｂ 出口側チェック弁
１０６ 継手
１０７ エア抜きバルブ
１０８ 継手
１０９ 空気流路
１１１ ジョイントスタッド
１１３ ジョイントヘッド
１１３Ａ フランジ
１１４ フレキシブルジョイント
１１５Ａ 下側結合部材
１１５Ｂ 上側結合部材
１１６ 隙間
１１７ 隙間
１１８ プランジャー
１１９ ジョイントスタッド
１２０ プランジャージョイント
１２１ ジョイントヘッド
１２１Ａ フランジ
１２２ シリンダー
１２２Ａ 加圧ポンプ室
１２２Ｂ 摺動隙間
１２３ ヘッドプレート
１２４ ベースプレート
１２５ ベースプレート
１２６ ポスト
１２７ スペーサ
１２８Ａ 第１の軸受
１２８Ｂ 第２の軸受
１２９ シールケース
１３０ ランタンリング（冷却部）
１３０Ａ 継手
１３０Ｂ 給水ホース
１３０Ｃ 排水ホース
１３１ スタッド
１３２Ａ ロッドシール（シール部）
１３２Ｂ ロッドシール
１３３Ａ Ｏリング（シール部材）
１３３Ｂ Ｏリング（シール部材）
１３４ ナット
１３５ ボルト
１３６ ボルト
１３７ スタッド
１３８ 流体流路
１３９ 緩み止めナット
２００ 解砕化装置
２１１ ノズルアッセンブリー
２１２ 高圧配管
２１３ 低圧配管
２２１ フランジ
２２２ ケース
２２３ 導入口
２２４ 導入流路
２２５ 分岐流路
２２６ 加工用孔
２２７ 開口部
２３１ ボルト
２３２ 雌ネジ
２３３ 盲栓
２３４ グランドナット
２３５ 雌ネジ
２３６ グランドナット
２４１ 解砕化促進室
２４２ 排出口
２５０ 噴射ノズル
２５１ ガスケット
２５２ シール
２５３ ノズル本体
２５４ ノズルアダプタ
２５５ 細孔
２５６ オリフィス
２５７ 噴射口
Ｒ１ 解砕化促進室の内径
Ｒ２ オリフィス（噴射口）の内径
Ｆ１ 導入流
Ｆ２，Ｆ３ 分岐流
Ｆ４，Ｆ５ ジェット流
Ｆ６，Ｆ７ 旋回流
Ｆ８ 排出流
３００ 気液混合装置
３１０ 気体導入管
３１１Ａ 吐出口
３１２ 管継ぎ手
３２０ 密閉容器
３２１ 流体導入管
３２２ 流体吐出口
３２３ 吐出筒
３２４ 流体導入口
３３０ 流体吐出口のノズル構造
３３１ 吸込み用の孔（吸込孔）
３３２ 噴出し用の孔（噴出孔）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥法による排水処理施設において、曝気槽より排出される汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽から排出される汚泥の返送ラインを有する施設に利用される余剰汚泥の減量化、或いは減容化を図るための余剰汚泥減容化装置であって、
上記余剰汚泥減容化装置は、
上記汚泥を高圧圧送する高圧ポンプと、
この高圧ポンプにより高圧圧送された汚泥を可溶化することなく解砕化する解砕化装置と、
この解砕化装置により解砕化された汚泥に空気を混合することによりこの解砕化された汚泥の溶存酸素濃度を増加し、上記曝気槽に返送する気液混合装置と、を備えるとともに、
上記解砕化装置は、
密閉ケースの一端に開口し、上記高圧圧送された汚泥を導入する導入口と、
上記導入口から上記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
上記導入流路を分岐し、上記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
上記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、上記密閉ケースの他端から上記汚泥を噴射する複数の噴射口と、
上記複数の噴射口に連通し、上記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、上記汚泥で満たされた解砕化促進室と、からなること
を特徴とする余剰汚泥減容化装置。
【請求項２】
上記高圧ポンプは、
シリンダー内を往復移動することにより加圧ポンプ室内に流体を吸引するとともに、上記加圧ポンプ室内の流体を吐出するプランジャーと、
上記プランジャーに所定の間隔を介して配置されるとともに、上記プランジャーを両持ち支持する第１の軸受及び第２の軸受と、
上記第１の軸受と上記第２の軸受との間に配置されるとともに、上記プランジャーを冷却する冷却部と、
上記プランジャーの外周に摺接配置され、上記加圧ポンプ室からの流体漏れを防止するシール部と、を有するポンプヘッドを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項３】
上記気液混合装置は、
円筒形の密閉容器と、
上記密閉容器内に流体を導入する流体導入管と、
上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、
上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていること
を特徴とする請求項１あるいは２に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項４】
上記噴射口が上記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項５】
上記解砕化促進室の内径が上記噴射口の内径の２００倍以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項６】
上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなること
を特徴とする請求項３に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項７】
上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けたことを特徴とする請求項６に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項８】
上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項９】
上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備えることを特徴とする請求項８に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項１０】
上記請求項１から９いずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、
上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、
この沈殿槽の底部に接続された排泥管を介してこの底部に沈殿した汚泥を上記余剰汚泥減容化装置に送るポンプと、を有し、
上記返送汚泥ラインは、
上記ポンプにより送られた汚泥を上記曝気槽に返送するものであり、
上記余剰汚泥減容化装置は上記返送汚泥ラインに組み込まれていることを
特徴とする余剰汚泥減容化システム。
【請求項１１】
上記請求項１から９いずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、
上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、
上記沈殿槽により固液分離された汚泥を汲み上げる水中ポンプと、を有し、
上記余剰汚泥減容化装置は、
上記水中ポンプにより汲み上げられた汚泥を解砕化処理及び気液混合処理して上記曝気槽に返送することを
特徴とする余剰汚泥減容化システム。
【請求項１】
活性汚泥法による排水処理施設において、曝気槽より排出される汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、この沈殿槽から排出される汚泥の返送ラインを有する施設に利用される余剰汚泥の減量化、或いは減容化を図るための余剰汚泥減容化装置であって、
上記余剰汚泥減容化装置は、
上記汚泥を高圧圧送する高圧ポンプと、
この高圧ポンプにより高圧圧送された汚泥を可溶化することなく解砕化する解砕化装置と、
この解砕化装置により解砕化された汚泥に空気を混合することによりこの解砕化された汚泥の溶存酸素濃度を増加し、上記曝気槽に返送する気液混合装置と、を備えるとともに、
上記解砕化装置は、
密閉ケースの一端に開口し、上記高圧圧送された汚泥を導入する導入口と、
上記導入口から上記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
上記導入流路を分岐し、上記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
上記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、上記密閉ケースの他端から上記汚泥を噴射する複数の噴射口と、
上記複数の噴射口に連通し、上記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、上記汚泥で満たされた解砕化促進室と、からなること
を特徴とする余剰汚泥減容化装置。
【請求項２】
上記高圧ポンプは、
シリンダー内を往復移動することにより加圧ポンプ室内に流体を吸引するとともに、上記加圧ポンプ室内の流体を吐出するプランジャーと、
上記プランジャーに所定の間隔を介して配置されるとともに、上記プランジャーを両持ち支持する第１の軸受及び第２の軸受と、
上記第１の軸受と上記第２の軸受との間に配置されるとともに、上記プランジャーを冷却する冷却部と、
上記プランジャーの外周に摺接配置され、上記加圧ポンプ室からの流体漏れを防止するシール部と、を有するポンプヘッドを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項３】
上記気液混合装置は、
円筒形の密閉容器と、
上記密閉容器内に流体を導入する流体導入管と、
上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、
上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていること
を特徴とする請求項１あるいは２に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項４】
上記噴射口が上記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項５】
上記解砕化促進室の内径が上記噴射口の内径の２００倍以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項６】
上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなること
を特徴とする請求項３に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項７】
上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けたことを特徴とする請求項６に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項８】
上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項９】
上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備えることを特徴とする請求項８に記載の余剰汚泥減容化装置。
【請求項１０】
上記請求項１から９いずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、
上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、
この沈殿槽の底部に接続された排泥管を介してこの底部に沈殿した汚泥を上記余剰汚泥減容化装置に送るポンプと、を有し、
上記返送汚泥ラインは、
上記ポンプにより送られた汚泥を上記曝気槽に返送するものであり、
上記余剰汚泥減容化装置は上記返送汚泥ラインに組み込まれていることを
特徴とする余剰汚泥減容化システム。
【請求項１１】
上記請求項１から９いずれか１項に記載の余剰汚泥減容化装置を有する余剰汚泥減容化システムであって、
上記曝気槽において活性汚泥処理された汚泥を沈降させ固液分離する沈殿槽と、
上記沈殿槽により固液分離された汚泥を汲み上げる水中ポンプと、を有し、
上記余剰汚泥減容化装置は、
上記水中ポンプにより汲み上げられた汚泥を解砕化処理及び気液混合処理して上記曝気槽に返送することを
特徴とする余剰汚泥減容化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１３６９３７（Ｐ２００８−１３６９３７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２５５２７（Ｐ２００６−３２５５２７）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【特許番号】特許第３９１６２４７号（Ｐ３９１６２４７）
【特許公報発行日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り 平成１８年１０月１９日・２０日東京ビックサイトにて開催された産業交流展２００６において東フロコーポレーション株式会社が出品
【出願人】（３９００３９８３７）東フロコーポレーション株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【特許番号】特許第３９１６２４７号（Ｐ３９１６２４７）
【特許公報発行日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り 平成１８年１０月１９日・２０日東京ビックサイトにて開催された産業交流展２００６において東フロコーポレーション株式会社が出品
【出願人】（３９００３９８３７）東フロコーポレーション株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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